Преобразователь сигналов фотоэлектрического датчика

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах дистанционного управления механизмами. Цель - повышение точности преобразования достигается за счет повышения помехозащищенности устройства. Для этого в устройство, содержащее выходной формирователь 12, триггер 13 и коммутатор 8, введены входные формирователи 1.1 и 1.2, электронно-лучевая трубка 2, на экране которой расположены светофильтры 3.1 - 3.4, собирательные цилиндрические линзы 4.1 - 4.4, фотодатчики 5.1 - 5.4, дифференцирующие блоки 6.1 - 6.4, усилитель 7, усилитель-инвертор 9, элемент 10 ИЛИ, селектор 11 длительности и соответствующие связи. Парименение для дешифрации направления преимущественно аналоговых элементов значительно снижает внутренние помехи устройства, что способствует повышению точности преобразования сигналов фотодатчика. 5 ил.

ССаЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU<„> 3

5" ) .Ы

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н двтоесномм свидетельств

18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPHTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4335307/24-21 (22) 29. 02. 88 (46) 30. 01. 90. Бюл. R 4 (71) Свердловское отделение Института "Тяжпромэлектропроект" (7 2) В.Е. Будницкий (53) 621.374.32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1370461, кл. G 01 0 5/249, 1986.

Авторское свидетельство СССР

У 1386849ь кл. G 01 D 5/249в 1986 ° (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах дистанционного управления механизмами. Цель - повышение точности преоб. разования достигается за счет. повы2 шения помехозащищенности устройства.

Для этого в устройство, содержащее выходной формирователь 12, триггер

13 и коммутатор 8, введены входные

Формирователи 1. 1 и 1.2, электроннолучевая трубка 2, на экране которой расположены светофильтры 3. 1-3.4, собирательные цилиндрические линзы

4.1-4.4, фотодатчнки 5. 1-5.4, дифференцирующие блоки 6. 1-6. 4, усилитель

7, усилитель-инвертор 9, элемент

10 ИЛИ, селектор 11 длительности и соответствующие связи. Применение для дешифрации направления преимущественно аналоговых элементов значительно снижает внутренние помехи устройства, что способствует повышению точности преобразования сигналов фотодатчика. 5 нл.

1539534

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах дистанционного управления механизмами.

Целью изобретения является повышение точности преобразования за счет повышения помехозащищенности устройства. !

О

На фиг. 1 показана схема преобразователя; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя; на фиг. 3 — траектория движения луча на экране электронно-лу чевой трубки (ЭЛТ); на фиг. 4— пример размещения фотодатчиков и цилиндрических линз на экране ЭЛТ; на фпг. 5 — многоканальный вариант устройства с многолучевой ЭЛТ. 20

Устройство содержит первый 1. 1 и второй 1.2 входные формирователи, ЭЛТ 2, четыре светофильтра 3.1-3.4, четыре собирательные цилиндрические линзы 4.1-4.4, четыре фотодатчика

5.1-5.4, четыре дифференцирующих блока 6.1-6.,4, усилитель 7, коммута,тор 8, усилитель-инвертор 9, элемент.

10 ИЛИ, селектор 11 длительности, выходной формирователь 12 и триггер

13, входы 14, 15 и выходы 16-19 устройства, причем входы 14 и 15 уст- ройства через формирователи 1. 1 и 1.2 соединены с вертикально и горизонтально отклоняющими пластинами

ЭЛТ 2, по периметру экрана которой установлены светофильтры 3. 1-3.4, цилиндрические собирательные линзы

4.1-4.4 и фотодатчики 5.1-5,4, выходы которых через дифференцирующие блоки 6.1-6.4 соединены с: соответстB7KIQHMH входами QCKTIH T H 7, выход которого соединен через усипительинвертор 9 с R-входом триггера 13 и первым входом элемента 10 ИЛИ, непосредственно S-входом триггера 13 и со вторым входом элемента 10 ИЛИ, выход которого через последовательно соединенные селектор 11 длительности и выходной формирователь 12 соединен с С-входом коммутатора 8, первый и второй адресные входы которого соединены с прямым и инверсным выходами триггера 13 и выходами 16 и 17 устройства, выходы 18 и 19 которого соединены с первым и вторым выходами

55 коммутатора 8.

Входные формирователи 1. 1 и 1.2 предназначены для преобразования прямоугольных сигналов в трапециидальные с длительностью нарастания и спада импульса t равной

ty = tp,on. где t p,în — минимально допустимая продолжительность входного сигнала, расцениваемого как достоверный.

dU06 К э

dt (2) где U6 - выходной сигнал дифференцдрующего блока 6.1«.6.4;

К - коэффициент пропорциональности;

Величина t определяет время перемещения луча вдоль одной стороны квадрата траектории (фиг. 3) и длительность импульсов на выходах дифференцирующих блоков 6.1-6.4, по которой различают помехи и достоверные сигналы»

Реализуется входной формирователь

1.1 (1.2) путем смещения нулевого уровня сигнала и последующего интегрирования с насыщением. Уровень насыщения определяет величину отклонения луча на экране — величину стороны квадрата траектории.

В качестве ЭЛТ 2 может применяться ,любая малогабаритная, например с электростатическим отклонением ЗЛ01И, 6Л01И.

Плотность S каждого светофильтра

3. 1-3.4 изменяется линейно вдоль его длины от 0 po S «. Максимум плотности Бяр должен обеспечивать яркость светового сигнала на выхрде светофильтра, равную чувствительности фотодатчика 5.1-5.4 с учетом потерь в линзе 4.1-4.4.

Светофильтры 3.1-3.4 располагаются вдоль траектории луча одинаковым образом, например, наибольшей плот- . ностью по часовой стрелке. Ширина цилиндрической линзы 4. 1-4 ° 4 перекрывает толщину светового пятна на величину его флуктуаций от нестабильности параметров узлов управления лучом.

Фотодатчики 5.1-5.4 могут быть любого линейного типа, например фоторезисторы.

Дифференцирующие блоки 6.1-6.4 обеспечивают аналоговое вычисление производной от сигнала фотодатчикав

5.1-5.4.

539534 6 фронтом и спадом импульсов по квадратной траектории — точки "а", "б", tf lt It ll в, r, а ..., задерживаясь в углях траектории. Тзксе направление перемещения против часовой стрелки приныкаем за прямoe вращение датчика (диаграмма 28 на фчг. 2). При еремещении луча из точки "а" в точку 0 "б", из "б" в "в" и т.д. яркость светового "èãíàëà на входе фотодатчика

5.1-5.4, а следовательно, электрический сигнал на его выходе будут периодически изменяться одинаковым образом, например, уменьшаться от большего значения к меньшему.

На выходах дифференцирующих блоков 6.1-6.4 последовательно появляются импульсы 24, например, положи20 тельной полярности длительностью tq>.

Каждый из этих импульсов поступает на S-вход триггера. t3. Пс первому импульсу триггер 13 перебрасывается в единичное состояние (диаграмма 25

25 на фиг. 2).

1

U — сигнал фоторезистора (фотодатчика) 5,1-5.4, пропорциональный световому потоку на его входе.

Дифференцирующий блок 6.1-6.4 реализуется типовым дифференцирующим звеном на операционном усилителе °

Допускается дпя сокращения помех применение интегродифференцирующего звена с преобладанием дифференцирующи свойств.

Знак сигнала дифференцирующего блока 6. 1-6.4 соответствует знак"." скорости изменения яркости луча, попадающего на фотодатчик 5. 1-5 4, а длительность — минимально допустимои длительности входных сигналов. Сигналы меньшей длительности воспринимаются селектором 11 длительности как помехи.

Усилитель 7 — обычный четырехвходовой двухполярный усилитель с заданным коэффициентом передачи.

Усилитель-инвертор 9 реализуется на операционном усилителе, имеет коэффициент передачи, равный 1. Предназначен для инвертирования двухполярного сигнала, приведения его к однополярному виду для управления триггером 13 по R-входу.

Селектор 11 длительности предназначен для выделения сигналов длительностью более допустимой Арф . Сигналы меньшей длительности считаются помехами.

Выходные потенциалы триггера 13, управляя коммутатором 8, обеспечивают появление выходного импульса на выходах 18 или 19.

Аналоговые и времязадающие элементы, применяемые в схеме, являются типовыми.

Устройство работает следующим образом.

Исходное состояние всех элементов — произвольное. Для примера на диаграмме на фиг, 2 исходным положением выбрано положение луча в начальной точке "а" (фиг. 3). Состояние триггера 13 — нулевое.

Входные последовательности 20 и

21 входными формирователями 1.1 и

1 ° 2 преобразуются в аналогичные сигналы 22 и 23, но трапециидальной формы. Амплитуда этих импульсов определяет размер стороны квадрата траектории луча. Луч ЗЛТ 2..перемещается по экрану последовательно с каждым

Импульсы 26 через элемент 10 ИЛИ и селектор 11 длительности появляются на выходе 18 коммутатора 8.

В момент „ импульс 20 заставит луч ЭЛТ 2 изменить свое направление от точки "r к точке "в". На выходе фотодатчика 5. 1 появится сигнал не убывающий, а возрастающий. На выходе

35 дифференцирующего блока 6.1 появится отрицательный импульс 24. Он поступит через усилитель-инвертор 9 в виде положительного перепада на

R-вход триггера 13, который вернется

4о в нулевое состояние 25. Выходной импульс 27 появится на выходе 19 коммутатора 8.

Ло момента ty луч ЗЛТ 2 будет перемещаться по часовой стрелке, 45 повторяя обратное перемещение датчика. Триггер 13 будет оставаться в состоянии, соответствующем обратному хоцу датчика. Выходные импульсы 27 будут вырабатываться на выходе 19.

В MQMeHT tr> по укороченному импульсу 21 луч ЗЛТ 2 переместится по грани "а" — "r" траектории туда и обратно на неполное расстояние, что вызовет импульсы 24 укороченной длительности. Хотя триггер 13 и перебросится в новое положение, но выходной импульс не вырабатывается, поскольку укороченные по длительности импульсы на выходе элемента 10 ИЛИ, 7 15395 не будут пропущены селектором 11 длительности.

В момент t импульс на выходе усилителя 7 подтвердит на S-входе новое

5 единичное состояние триггера 13 и очередной выходной импульс 2б появится на выходе 18 коммутатора 8.

Помеха в момент 1:q опрокинет триггер 13, но не будет выработан выходно@ импульс коммутатором 8 благодаря действию селектора 11 длительности.

Следующий перепад 20 восстановит единичное состояние триггера 13 и выходно@ импульс гоявится по-прежнему на вы1соде 18.

Подключение входных формирователей нескольких преобразующих устройств к отклоняющим системам многолучевой

ЭЛТ изображено схемой на фиг, 5. Для

vpjmepa дано подключение входных формирователей двух преобразующих уст- ройств к двухлучевой ЗЛТ 2.

Входные формирователи 1.3 и 1.4 второго нспоказанного на схеме, но 25 абсолютно ицентичного преобразователя подключаются к вторым горизонтальной и вертикальной системам ЭЛТ. Аналогично подключаются при необходимостн другие формирователи к третьей 30 и т.д. отклоняющим системам от третьer о и т.д. преобразователей.

Каждая пара входных формирователей обеспечивает установленные размеры

Раек ории Hoe 0 J B HB экране ЭЛТ 35

Таким образом, применение для дешифрации направления преимущественнО аналоговых элементов значительно сокращает внутренние помехи, повышает точность преобразования: сигналов фотоэлектрического датчика за. счет снижения ошибок счета, что позволяет повысить точность управления механизмом, на котором установлен датчик, повысить качество управления соответствующим технологическим процессом. и з о б р е т е н и я ф о р м у л а

5О

1. Преобразователь сигналов фотоэлектрического датчика, содержащий

34 триггер, выходной формирователь и коммутатор, управляющий вход которого соединен с выходом выходного формирователя, первый и второй адресные входы - соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, а два выхода—

L с первым и вторым выходами преобразователя, третий выход которого соединен с прямым выходом триггера, о т л ич ающий ся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены два входных формирователя, электронно-лучевая трубка, четыре светофильтра, четыре цилиндрические собирательные линзы, четыре фотодатчика, четыре дифференцирующих блока, усилитель-инвертор, усилитель, элемент ИЛИ, селектор длительности и четвертый выход преобразователя, причем два входа преобразователя соответственно через первый и второй входные формирователи соединены с вертикальными и горизонтальными отклоняющими пластинами электронно-лучевой трубки, на экране которой вдоль ожидаемой траектории луча установлены через светофильтры собирательные цилиндрические линзы, в фокусе которых расположены фотодатчики, выходы которых через дифференцирующие блоки соединены с соответствующими входами усилителя, выход которого подключен к S-входу триггера, входу усилителя-инвертора и первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом усилителя-инвертора и с R-входом триггера, а выход— через селектор длительности с входом выходного формирователя, четвертый выход преобразователя соединен с инверсным выходом триггера.

2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью сокращения аппаратурных затрат в случае многоканального варианта, электронно-лучевая трубка выполнена многолучевой, а комплекты светофильтров, линз и фотодатчиков каждого сигнала располагаются на ее экране концентрически вдоль траектории лучей соответствующих каналов. !

1539534

1539534

Составитель В. Быков

Редактор H. Горват Техред Л.Сердюкова Корректор 3. Лончакова ,Заказ 208 Тираи 458 Подписное

3НИИПИ. Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

«2

«« « «

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Укгород, ул. Гагарина, 101