Устройство для обнаружения объектов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕ ОБЪЕКТОВ, содержащее светоизлуча светоприемник, концентратор свет U / ретрорефлектор, расположенный на выходной оптической оси концентратора, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности обнаружения объектов, в него введен волоконный светопровод, волокна Йоторрго образуют входной пучок, торец которого оптически сопряжен со светоизлучателем , выходной пучок, торец которого оптически сопряжен со светоп&иемником , а другие торцы входного и выходного пучков объединены, причем волокна выходного пучка распределены вокруг каждого волокна входного пучк , объединенные торцы пучков светопровода расположены на входной оптической оси концентратора света. /N

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

as) агг 1„С 01 Ч 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

fl0 делАм изОБРетений и ОтнРьгтий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3513993/18-24 (22) 24. 11.82 (46) 07.04. 84. Бюл. М - 13 (72) Е.А. Гаевский, Г.В. Салов и В.А. Шевченко (71) Киевский институт автоматики им. ХХУ съезда КПСС (53) 654.9(088.8) (56) 1. Патент США и - 3825747, кл. 250-216, опублик. 1974.

2. Патент ФРГ 0 - 1228967, кл. G 08 В 13/18, опублик. 1966 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ

ОБЪЕКТОВ, содержащее. светоизлучатель, светоприемник, концентратор света и ретрорефлектор, расположенный на выходной оптической оси концентратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности обнаружения объектов, в него введен волоконный светопровод, волокна Фоторрго образуют входной пучок, торец которого оптически сопряжен со светоизлучателем, выходной пучок, торец которого оптически сопряжен со светоприемником, а другие торцы входного и выходного пучков объединены, причем волокна выходного пучка распределены вокруг каждого волокна входного пучкй, объединенные торцы пучков светопровода расположены на входной оптической оси концентратора света.

1 1084

Изобретение относится к фотоэлектрическим средствам автоматизации и может быть использовано в качестве средства извлечения информации для систем автоматического управления технологическими процессами, связан5 ными с перемещением дискретных объектов по заданному пути.

Известно устройство для обнаружения объектов, содержащее светоизлучатель, концентратор света, ретрорефлектор, расположенный на оптической оси концентратора света, плоское зеркало, находящееся между излучателем и концентратором света, а

35 также светоприемник, установленный на пути отраженных от зеркала световых лучей. Световой поток излучателя, пройдя через излучающую часть концентратора света до встречи с

20 ретрорефлектором, возвращается назад, проходит через приемную часть концентратора света, отражается от зеркала и попадает на светоприемник, на выходе которого образуется электрический сигнал, означающий отсутствие объекта на пути световых лучей.При перекрытии непрозрачным объектом пучка света сигнал уменьшается яме определенного уровня, что озна "aeò появление объекта обнаружения

В связи с применением зеркала для приска отраженны .. световых лучей достоверность обнаружения объектов при уменьшении прозрачности оптичес- З5 кой среди невысока вследствие низкой эффективности передачи световой энергии от светоизлучателя к светоприемнику. Это обусловлено тем, что зеркало находится между излучателем и концентратором света, перекрывая его центральную часть и, следовательно, ограничивая прохождение части излучаемого светового потока. Поток света, прошедший через периферийную часть 45 концентратора света, попав на ретрорафлектор, отражающий световые лучи в направлении их падения, возвращается в ту же периферийную часть концентратора света. Лишь незначительная 50 часть потока, граничащая с контуром зеркала, отражается от него и попадает на светоприемник, вырабатывающий электрический сигнал отсутствия объекта. При уменьшении прозрачности 55 оптической среды, например, при появлении водяного пара на пути световых лучей, световой поток, попадающий на светоприемник, уменьшается, вследствие чего электрический сигнал на его выходе также уменьшается и может достигать нижнего предельного уровня, соответствующего сигналу наличия объекта. Таким образом, информация о наличии объекта обнаружения не является достоверной.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для обнаружения объектов которое содержит светоизлучатель, светоприемник, концентратор света (состоящий из одной линзы) и ретрорефлектор, расположенный на выходной оптической оси концентратора, а также полупрозрачное зеркало, расположенное между излучателем и концентратором света.

Световой поток излучателя проходит через полупрозрачное зеркало, концентрируется с помощью линзы и распространяется в пространстве до ретрорефлектора. Отраженный от ретрорефлектора пучок света по форме повторяет пучок излучения, т.е. практически весь отраженный световой поток охватывается поверхностью линзы.

Этот поток затем концентрируется с помощью линзы, отражается от полупроз1 рачного зеркала и попадает на светоприемник, вырабатывающий электрический сигнал отсутствия объекта на пути световых лучей. Пересечение светового пучка между линзой и ретрорефлектором непрозрачным объектом вызывает уменьшение сигнала ниже установленного уровня,, что означает наличие объекта (2 3.

Однако в связи с применением полупрозрачного зеркала достоверность обнаружения крупногабаритных объектов недостато ыа вследствие невысокой эффективности передачи светового потока от излучателя к фотоэлементу.

Это обусловлено тем, что зеркало полупрозрачно и находится на пути светового потока излучателя, поэтому . лишь половина этого потока достигает поверхности линзы, а полонина теряется. После возвращения света в обратном направлении половина оставшегося светового потока проникает через зеркало, а половина отражается в сторону фотоэлемента. Таким образом, воспринимаемый фотоэлементом световой поток от излучателя после прохождения заданного пути ослабляется минимум в четыре раза. При этом коэффициент

3 1084 светопередачи, определяемый отношением интенсивности падающего на светоприемник света к интенсивности света излучателя, не превышает 257. Это ограничивает дальность действия светового барьера, т.е. максимально возможное расстояние между линзой и ретро рефлектором, при котором электрический сигнал на зажимах фотоэлемента достигает номинального уровня, означая отсутствие объекта. При появлении !

О на пути световых лучей крупногабаритного объекта, размеры которого соизмеримы с расстоянием между линзой и ретрорефлектором, ближайшая к линзе поверхность объекта отражает некото15 рую часть светового потока излучателя в сторону линзы. При этом световой поток попадает на светоприемник.

Последний не меняет своего состояния, продолжая засвечиваться световыми лучами, отраженными от обьекта и преобразует световой сигнал в электрический, означающий отсутствие объекта..Эта информация является лож25 нои. В зависимости от отражательной способности поверхности объекта и рас стояния до нее ложная засветка фотоэлемента может быть более или менее устойчивой, что приводит к снижению достоверности обнаружения крупногаба-ЗО ритных объектов.

Кроме того, известное устройство характеризуется недостаточной достоверностью обнаружения объектов при уменьшении прозрачности оптической З5 среды между линзой и ретрорефлектором что обусловлено ограничением предельной мощности излучателя. При приближении к оптической оси устройства объекта, окруженного облаком водяного4О пара (при прокатке горячего металла), световой поток излучателя дважды пересекает облако пара, а затем воспринимается светоприемником, ослабляясь при этом ниже допустимого предела еще до момента пересечения объектом оптической оси светового барьера. При этом .на выходе светоприемника появляется сигнал наличия объекта, являющийся ложным. 50

Увеличить мощность излучаемого света путем увеличения количества однотипных излучателей в известном устройстве невозможно, так как каждый излучатель имеет вполне опреде- 55 ленный габаритный размер, который не позволяет разместить на оптической оси линзы более одного излучате609 4 ля, чтобы при этом свет от всех излучателей, после прохождения до ретрорефлектора и обратно, сконцентрировался на светочувствительной поверхности светоприемника.

Цель изобретения — повышение достоверности обнаружения объектов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для обнаружения объектов, содержащее светоизлучатель, светоприемник, концентратор света и ретрорефлектор, расположенный на выходной оптической оси концентратора, введены волоконный свето провод, волокна которого образуют . входной пучок, торец которого оптически сопряжен со светоизлучателем, выходной пучок, торец которого оптически сопряжен со светоприемником, а другие торцы входного и выходного пучков объединены, причем волокна выходного пучка распределены вокруг каждого волокна входного пучка, объединенные торцы пучков светопровода расположены на входной оптической оси концентратора света.

Построение светопровода путем распределения волокон одного входного пучка между волокнами другого позволяет при необходимости образовать дополнительные входные пучки,,сопряженные с дополнительными излу,чателями. Это позволяет увеличить интенсивность излучаемого света пу ем увеличения количества однотипных излучателей, что в прототипе недостижимо. Увеличение интенсивности излучения вызывает пропорциональное увеличение тока светоприемника, а значит уменьшает влияние прозрачности оптической среды на работу устройства. В свою очередь зто приводит к повышению достоверности обнаружения объекта.

Ча фиг. 1 изображена оптическая схема устройства для обнаружения объектов, на фиг. 2 — фрагмент сечения выходного пучка светопровода.

Устройство для обнаружения объектов содержит светоизлучатель 1, светоприемник 2, светопровод 3, концентратор 4 света (роль концентратора выполняет линза, однако возможно применение других оптических элементов, например вогнутого зеркала и т.п.) и ретрорефлектор 5, расположенный на выходной оптической оси концентратора 4, на некотором удалении от него. Светопровод 3 содер1084609

Составитель .Л. Липецкий

Редактор Л. Филь Техред О.Непе Корректор А. Ильин

Заказ 1976/34 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 жит входной пучок 6 и выходной пучок

7, оптически сопряженные со светоизлучателем 1 и светоприемником 2 соответственно. Оптические волокна пучков 6 и 7 объединены, причем волокна 5 выходного пучка 7 распределены вокруг каждого волокна входного пучка 6.

Объектив обнаружения представлен позицией 8.

Устройство работает следующим образом..

Световой поток светоизлучателя 1 через.пучок 6 оптических волокон подводится к оси концентратора 4 света.

Таким образом световой поток разделяется на элементарные пучки света, диаметр каждого из которых равен диаметру одного оптического пучка волокна 6. Элементарный световой пучок через концентратор 4 направ- 20 ляется на ретрорефлектор 5, состоящий из множества трипель-призм, и попадает на одну из них. При этом лучи света, отраженные от граней приз мы ретрорефлектора 5, распространяют- 5 ся параллельно падающим, однако с некоторым поперечным смещением, равным ширине основания призмы. После прохождения концентратора 4 световой пучок фокусируется в плоскости объе- ЗО диненного торца светопровода 3, попадает на волокна пучка 7, смежные с излучающим волокном пучка 6. Падающий на волокна 7 световой поток на1 правляется далее к светоприемнику 2.

Принятый световой поток, воздействуя на светоприемник 2, вызывает появление на его зажимах электрического тока, что служит сигналом отсутствия объекта 8 на пути световых лучей. Пересечение светового пучка между концентратором 4 и ретрорефлектором 5 непрозрачным объектом 8 вызывает уменьшение выходного тока светоприемника 2 ниже установленного предела. Это является сигналом наличия объекта.

Светопроводом 3 может служить пучок оптических волокон, диаметр каждого из которых составляет 20 мкм, при этом в качестве светоизлучателя 1 используется арсенид-галлиевый инфракрасный излучающий диор; АЛ107Б, а в качестве светоприемника 2 — фотодиод ФД-25К, спектральная чувствительность которого максимальна на частоте излучения светодиода. Ретрорефлектором 5 служит серийно выпускаемый отражатель ФП-315. В этом случае дальность действия, т.е. расстояние до ретрорефлектора 5, составляет 25 м.