Фотоэлектрический датчик объектов

 

Изобретение может быть использовано при исследовании аэродинамических качеств автомобилей методом выбега и калибровке спидометров. Целью изобретения является повьшение чувствительности и помехозащищенности датчика в условиях сложной фоновой засветки. В устройство, содержащее фотоприемник 1, усилители 2 и 3, источник 5 света, регистрирующий блок 6, генератор 7 сигналов , для достижения цели введены детектор 10 (Д), фильтр И нижних (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 0l 0 5/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ у аЯ ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3828776/24-21 (22) 21.12.84 (46) 07,09.86.Бюл. 1"- 33 (71) Центральный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт и МВТУ.им.Н.Э.Баумана (72) В.И.Верютин и B.À.Ïåòðóøîâ (53) 621.317.39:531.7 (088.8) (56) Литвак В.И. Фотореле в системах автоматики. М.: Энергия, 1979, с.46, рис.23..

Носов IO.P. и др. Оптроны и их применение. M. Радио и связь, 1981, с.239, рис.6, 8а.

„„SU„„1255860 А 1 (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ОБЬЕКТОВ (57) Изобретение может быть использовано при исследовании аэродинамических качеств автомобилей методом выбега и калибровке спидометров.

Целью изобретения является повышение чувствительности и помехозащищенности датчика в условиях сложной фоновой засветки. В устройство, содержащее фотоприемник 1, усилители 2 и 3, источник 5 света, регист рирующий блок 6, генератор 7 сигна.лов, для достижения цели введены детектор 10 (Д), фильтр 11 нижних

1255860 частот (ФНЧ), компаратор 12, источ— ник 13 опорного напряжения, блок 14 стабилизации амплитуды .сигнала. Генератор сигналов содержит операционный усилитель 15, резисторы 16, 19-21, конденсаторы 17 и 18, полевой транзистор 22. Блок 14 стабилизации содержит ФНЧ 24, Д 23, элемент 25 сравнения, источник 26 опорного напряжения, С целью увеличения дальности действия датчика путем концентрации

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано при исследовании аэродинамических качеств автомобилей методом выбега и калибровке спидометров.

Целью изобретения является повышение чувствительности и помехозащищенности датчика в условиях сложной фоновой засветки.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Фотоэлектрический датчик объектов содержит фотоприемник 1, первый и второй усилители 2 и 3, освещаемый объект 4, источник 5 света, регистрирующий блок 6, генератор 7 сигналов, первую и вторую оптические линзы 8 и 9„ детектор 10, фильтр 11 нижних частот, компаратор 12, источник

13 опорного напряжения, блок 14 стабилизации амплитуды сигнала, причем фотоприемник 1 и источник 5 света расположены так, что при появлении объекта 4 в зоне чувствительности фотоэлектрического датчика объектов световой поток источника 5 света, отражаясь.от объекта 4, попадает на фотоприемник 1, выход фотоприемника

1 подключен к входу первого усилителя 2, выход которого соединен с первым входом генератора 7 сигналов, выход которого через второй усилитель

3 соединен с источником 5 света,, с входом детектора 10 и с входом блока 14 стабилизации амплитуды сигнала, выход которого соединен с управляюсветовой энергии в луче введены оптические линзы 8 и 9. Фотоэлектрический датчик устанавливают на автомобиле. На полотне дороги наносят метки в виде отражающих полос объект 4 ° Изобретение позволяет использовать схему генератора 7 сигналов как для усиления сигнала, так и для питания источника 5 света, обходясь всего лишь одной частотноизбирательной цепочкой. 3 з.п,A-лы, 1 ил, -щим входом генератора 7 сигналов, выход детектора 10 подключен через фильтр 11 нижних частот к первому входу компаратора 12, второй вход ко5 торого соединен с выходом источника

13 опорного напряжения, выход компаратора 12 соединен с входом регистрирующего блока 6.

Генератор 7 сигналов содержит опе1О рационный усилитель (ОУ) 15, резистор 16 и конденсатор 17 (последовательная цепочка моста Вина), конденсатор 18 и резистор 19 (параллельная цепочка моста Вина), резисторы 20 и

15 21 (цепь отрицательной обратной связи) и полевой транзистор 22, причем первые выводы резистора 16 и конденсатора 17 соединены с первым входом генератора 17 сигналов, второй

20 вывод конденсатора 17 соединен с неинвертирующим входом ОУ 15 и с первыми выводами конденсатора 18 и резистора 19, вторые выводы которых соединены с общей шиной, с первым вы25 водом резистора 20 и со стоком полевого транзистора 22, исток которого соединен с вторым выводом резистора 20, с инвертирующим входом ОУ 15 и с первым выводом резистора 21, втозО рой вывод которого соединен с выходом ОУ 15 с вторым выводом резистора 16 и с выходом генератора 7 сигналов, управляющий вход которого соединен с затвором полевого транзистора 22.

Блок 14 стабилизации амплитуды сигнала содержит детектор 23,фильтр

1255860

24 нижних частот, элемент 25 сравнения и источник 26 опорного напряжения, причем вход блока 14 стабилизации амплитуды сигнала через последовательно соединенные детектор 23 и фильтр 24 нижних частот соединен с первым входом элемента 25 сравнения, второй вход которого соединен с выходом источника 26 опорного напряжения, а выход соединен с выходом блока 14 стабилизации амплитуды сигнала.

Устройство работает следующим образом, Фотоэлектрический датчик устанавливается на автомобиле. На полотне дороги или сбоку наносятся метки в виде отражающих полос, которые будем называть объектом 4. При попадании оптической оси датчика на объект 4 световые лучи от источника 5 отражаются от объекта и попадают. на фотоприемник 1.

Линзы 8 и 9 служат для концентрации световой энергии лучей, что позволяет значительно увеличить расстоянке от датчика до объекта при сохранении значительной величины отраженного от объекта сигнала. Для увеличения дальности действия датчика ЗО в качестве объекта 4 можно применить световозвращатель.

При отсутствии объекта лучи источника 5 света практически не попадают на фотоприемник 1 и генератор 3S

7 сигналов за счет обратной связи генерирует колебание определенной амплитуды.

При встрече с объектом 4 свето- 4б вой поток, идущий от источника 5 света, отражается от объекта 4 и попадает на фотоприемник 1. Далее сиг- нал поступает на первый усилитель 2, представляющий собой каскадньй уси- 45 литель.

Работа генератора 7 сигналов со стабилизацией амплитуды колебаний отличается тем, что достаточно малейших добавлений энергии в частотно- 50 избирательную цепь генератора, чтобы амплитуда колебаний на выходе генератора возросла, в случае совпадения фазы генерируемых колебаний и пришедших от фотоприемника 1, или ss уменьшилась, в случае несовпадения фазы генерируемых колебаний и сигналов от фотоприемника 1.

- ×îýòoìó при встрече оптической оси фотоприемника 1 с объектом 4 сигнал источника 5 излучения попадает на фотоприемник 1, проходит через усилитель 2 и воздействует на частотно-зависимую цепь генератора 7 сигналов, увеличивая или уменьшая при этом амплитуду сигнала на его выходе, а следовательно, и в тракте обработки сигнала.

Схема устройства построена таким образом, что постоянная времени фильтра 24 нижних частот значительно больше постоянной времени фильтра 11 нижних частот. Поэтому в случае изменения амплитуды генерируемых колебаний первой срабатывает цепь, состоящая из детектора 10 фильтра 11, компаратора 12, источника 13 опорного напряжения и регистрирующего блока 6, вызвав изменение сигнала на выходе компаратора 12, а следовательно, и запись указанного состояния компаратора в регистрт :рующий блок 6.

В зависимости от того, уменьшается или увеличивается амплитуда колебаний генератора 7 сигналов при встрече пучка света с объектом 4, задается и величина напряжения источника

13 опорного напряжения. В случае возрастания сигнала генератора 7 сигналов величина напряжения источника 13 опорного напряжения выбирается несколько выше значения напряжения на выходе фильтра 11 нижних частот при отсутствии объекта в поле зрения оптической системы датчика.

В случае снижения сигнала генератора 7 сигналов, величина напряжения источника 13 опорного напряжения выбирается несколько ниже значения напряжения на выходе фильтра 11 нижних частот при отсутствии объекта в поле зрения оптической системы датчика.

Применение второго усилителя 3 со значительным коэффициентом усиления (порядка нескольких сотен) позволяе значительно увеличить чувствительность частотно-избирательной цепи к сигналам, поступающим от фотоприемника 1, а следовательно, и увеличить общую чувствительность датчика.

Подключение выхода первого усилителя 2 именно к точке соединения конденсатора 17 и резистора 16, образующих последовательную цепочку моста

Вина, позволяет практически полностью устранить влияние постоянной составВНИИПИ .Заказ 4809/40 Тираж 705

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

5 1255 ляющей светового потока на работу ус1ройства, а также снизить влияние импульсных помех и сигналов частот, не равных частоте резонанса частотноизбирательной цепи генератора.

Кроме того, предлагаемое техническое решение позволяет использовать. схему генератора 7 сигналов как для усиления сигнала, так и для питания источника 5 излучения, обходясь всего лишь одной частотноизбирательной цепочкой. Таким образом, отпадает необходимость в подстройке частоты генератора и резонансного усилителя. 15

Формула изобретения

1. Фотоэлектрический,цатчик объектов, содержащий фотоприемник, р11 первый и второй усилители, источник света, регистрирующий блок и генератор сигналов, причем фотоприемник и источник света расположены так, что при появлении объекта в зоне 25 чувствительности фотоэлектрического датчика объектов световой поток источника света, отражаясь от объекта, попадает на фотоприемник, выход которого подключен к входу первого усилителя, а выход генератора сигналов соединен с источником света через второй усилитель, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и помехозащищеннссти датчика в условиях сложной фоновой засветки, в него введены детектор, фильтр нижних частот, компаратор, источник опорного напряжения, блок стабилизации амплитуды сигна- 4п ла, при этом выход первого усилителя соединен с первым входом генератора сигналов, выход второго усилиIt теля подключен к входу детектора и к входу блока стабилизации амплиту-4 ды сигнала, выход которого соединен с управляющим входом генератора сигналов, выход детектора подключен через фильтр нижних частот к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом источниЯбО а ка опорного напряжения, а выход компаратора подключен к входу регистрирующего блока.

2.Датчик по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что генератор сигналов содержит операционный усилитель, четыре резистора, два конденсатора и полевой транзистор, причем первые выводы первых конденсатора и резистора соединены с первым входом генератора сигналов, второй вывод первого конденсатора соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и первыми выводами вторых конренсатора и резистора, вторые выводы которых соединены с общей шиной, первым выводом третьего резистора и со стоком полевого транзистора, исток которого соединен с вторым выводом третьего резистора, с инвертирующим входом операционного усилителя и с первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с выходом операционного усилителя, с вторым выводом первого резистора и с выходом генератора сигналов, управляющий вход которого соединен с затвором полевого транзистора.

3. Датчик по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что блок стабилизации амплитуды сигнала содержит детектор, фильтр нижних частот, элемент сравнения и источник опорного напряжения, причем вход блока стабилизации амплитуды сигнала через последовательно соединенные детектор и фильтр нижних частот соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход соединен с выходом блока стабилизации амплитуды сигнала.

4. Датчик по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения дальности его действия путем концентрации световой энергии в луче, в него введены две оптические линзы, причем в фокусе одной из них находится источник света, а в фокусе другой — фотоприемник.