Фотоэлектронный датчик светового потока

 

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к датчикам наличия предметов и объектов в определенной зоне пространства, например наличия металла в определенном сечении клети прокатного стана, наличия объекта в определенном месте технологического процесса. Фотоэлектронный датчик содержит вторую оптическую систему 2, второй первичный преобразователь 4, второй усилитель 6 и второй релейный каскад 8. Выходы релейных каскадов подключены к первым входам соответственно первого 9 и второго 10 элементов ЗАПРЕТ, выход второго 7 элемента ЗАПРЕТ подключен к соответствующим полюсам первого усилительного и релейного каскадов, первые выходы релейных каскадов подключены к входам схемы ИЛИ 12, выход которой является выходом устройства , а вторые выходы усилительных и релейных каскадов подключены к входам блока 14 контроля. сл t

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК (и)з G 01 D 5/26, 5/30

ГОСУДАРСТВЕН4ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

6ЮОИНМ

" " И" П}Щ1ИКЯД, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4703120/10 (22) 08.06,89 (46) 23.06.91. Бюл, М 23 (71) Киевский институт автоматики им. XXV съезда КПСС (72) В, И. Донченко, Ю. А. Тронь, В. П. Немодрук, П. Е. Коноплянников, Е. В. ЛеонидовКаневский, Н. В. Бочаров и Б. Т. Горбулинский (53) 621.374.32(088,8) (56) Меркишин Г. В. Многооконные оптикоэлектронные датчики линейных размеров.—

М.: Радио и связь, 1986, с. 21.

Коновалов Л. И. и др, Элементы и системы автоматики. — М.: Высшая школа, 1985, с. 78. (54) ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ ДАТЧИК СВЕТОВОГО ПОТОКА (57) Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к датчикам наЬЫ 1657963 А1 личия предметов и объектов в определенной зоне пространства, например наличия металла в определенном сечении клети прокатного стана, наличия объекта в определенном месте технологического процесса, Фотоэлектронный датчик содержит вторую оптическую систему 2, второй первичный преобразователь 4, второй усилитель 6 и второй релейный каскад 8. Выходы релейных каскадов подключены к первым входам соответственно первого 9 и второго 10 элементов ЗАПРЕТ, выход второго 7 элемента

ЗАПРЕТ подключен к соответствующим полюсам первого усилительного и релейного каскадов, первые выходы релейных каскадов подключены к входам схемы ИЛИ

12, выход которой является выходом устройства, а вторые выходы усилительных и релейных каскадов подключены к входам блока 14 контроля.

1657963

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к датчикам наличия предметов и объектов в определенной зоне пространства, например наличия металла в определенном сечении клети прокатного стана, наличия объекта в определенном месте технологического процесса, Цель изобретения — повышение надежности.

На фиг. 1 приведена структурная схема датчика; на фиг. 2 и 3 временные диаграммы работы датчика.

Датчик содержит первую и вторую оптические системы 1 и 2. первый и второй первичные преобразователи 3 и 4, первый и второй усилители 5 и 6, первый и второй релейные каскады 7 и 8, выходы которых подключены к первым входам соответственно первого 9 и второго 10 элементов 3АПРЕТ, вторые входы которых подключены к источнику 11 питания, Выход первого элемента ЗАПРЕТ подключен к соответствующим полюсам вторых усилительного и релейного каскадов, а выход второго элемента — к соответствующим полюсам первых усилительного и релейного каскадов.

Первые выходы релейных каскадов подключены к входам элемента ИЛИ 12, выход которого является выходом устройства 13, а вторые выходы усилителей и релейных каскадов подключены к входам блока 14 контроля. Датчик также содержит источник 15 опорного сигнала и источник 16 светового потока.

В качестве оптических систем используются линзовые системы, позволяющие менять параметры светового потока, например фокусировку изображения и преобразование светового потока, например его фильтрацию.

Датчик работает следующим образом.

При поступлении входного сигнала U» в момент ц начинается процесс роста фототока в первом 3 и во втором 4 первичных преобразователях, которые усиливаются в усилителях 5 и 6 и поступают на вход релейных каскадов (компараторов) 7 и 8 (фиг.

2 а, б, в), На компараторах осуществляется непрерывный процесс сравнения входных напряжений U>> и Up, поступающих с усилителей 5 и 6 со стабилизированным опорным напряжением U«. Так как процесс формирования фототока в первичных преобразователях зависит от уровней фоновой засветки и шумов каждого фотопреобразователя, то процессы формирования напряжений на выходах первого и второгоусилителей происходят неоднозначно. Вследствие суммирования слу IBAHblx составляющих процесс сравнения первым

55 осуществляетоя на первом компараторе 9.

Это означает, что в момент t2 напряжение на выходе первого усилителя 5 достигло опорного напряжения 0ол. Это вызывает переключение первого компаратора 7 с уровня низкого напряжения на уровень высокого напряжения, т, е. формирование релейного сигнала на его выходе (фиг, 2г).

Этот сигнал подается на вход элемента

ИЛИ 12, на выходе которого появляется импульс напряжения, соответствующий входному сигналу и не запрещающий вход первого элемента 9, который, переключаясь, изменяет проводимость и отключает источник питания от шины питания второго усилителя и второго релейного каскада (фиг.

2в, г, д). Таким образом, рост фототока и соответствующего ему напряжения на выходе первого усилителя продолжается и достигает номинальных значений (фиг, 2б), а рост фототока второго преобразователя и соответствующего ему напряжения на выходе второго усилителя прерывается и становится равным нулю.

В зависимости от соотношения детерминированных и случайных составляющих, присутствующих в сигналах на входах компараторов, могут быть два случая: совпадение детерминированных составляющих и несимметричность дисперсий. B первом случае соотношение параметров достигается только при условии идентичной настройки двух приборов, Таким образом, при воздействии световых импульсов на выходах приборов формируются случайные последовательности импульсов. среди многообразия которых можно выделить следующие характерные соотношения, отражающие динамику процесса рождения и гибели (фиг. 3), . Р е ж и м 1. В период начала эксплуатации (фиг. За) постоянные составляющие по чувствительности и быстродействию каналов преобразования не совпадают между собой. Входные импульсы преобразовываются только одним прибором, так как вероятность включения одного прибора равна единице, а другого нулю.

P е ж и м 2, Относительный приоритет первого прибора по отношению ко второму (фиг. Зб, в). Этот режим возникает при одностороннем совпадении случайных составляющих в очень узком диапазоне.

Вероятности переключений приборов отличны от единицы и нуля. Между приборами наблюдается слабая стохастическая связь (фиг. Зг), P е ж и м 3, Отсутствие приоритета или режим стохастической симметрии (фиг, Зг).

Такой режим достигается при идеальной на1657963 стройке двух приборов как по постоянным составляющим, так и по помехам, Вероятности включений приборов равны и составляют

0,5, Вследствие этого этот режим называется равновероятностным, Режим характеризует- 5 ся отсутствием стохастической связи (нулевая корреляция), P е ж и м 4. Относительный приоритет второго прибора по отношению к первому (фиг, 2д, е). Этот режим является зеркаль- 10 ным отражением режима 2 при возникновении дрейфа параметров первого прибора из режима 3, P е ж и м 5. Абсолютный приоритет второго прибора по отношению к первому 15 (фиг. Зж). Режим возникает в случае возникновения необратимых изменений параметров вследствие старения, износа и параметрических возмущений.

Поскольку на каждый входной сигнал 20 срабатывает один иэ приборов, то надежность предложенного устройства выше, чем одиночного автономного прибора Математическая обработка случайных последо вательностей (фиг. 3) по «г«оляет вычислить 25 вероятности включения и « .роятности пауз обеих приборов, которые совпадают в режиме стохастической сим.«е pии.

Ввиду того, что каждый входной сигнал длительностью Л т преобразуется в сигнал 30 одного из приборов, долговечность предлагаемого устройства выше. Например, если эксплуатационный ресурс одного прибора составляет 10.000 включений (при Л t = 10 с). то долговечность устройства в режиме сто- 35 хастической симметрии составляет 20.000 включений.

Датчик позволяет однозначно осуществлять контроль работоспособности обеих приборов, фиксируя случайные последо- 40 вательности режимов 1 — 5 в устройстве контроля 14. Отклонение от режима стохастической симметрии в начальный период эксплуатации устройства снижает эту долговечность, 45

Так как оптимальным по критериям нас дежности и долговечности является режим

3 стохастической симметрии, то начальный период эксплуатации устройства должен соответствовать этому режиму. Достижение 50 этого режима при отладке и настройке устройства фиксируется одинаковыми показаниями накапливающих счетчиков и

"плавающим нулем" реверсивного счетчика. Термин "плавающий нуль" введен 55 вследствие того, что абсолютно идеального совпадения статистических параметров (математических ожиданий и дисперсий) добиться достаточно сложно, в этом нет и практической необходимости. Для достижения экстремальных критериев по надежноси и долговечности наибольшее значение имеет близость этих параметров в равновероятностном режиме, Таким образом, возможность контроля работоспособности каждого канала в процессе использования устройства исключает возможность наступления устойчивого отказа устройства в целом, Новым является то, что реализован неизвестный режим выбора одного, лучшего элемента из двух конкурирующих, Это достигается тем, что в начале существует период совместной работы двух приборов.

Далее, в результате реализации состязательного режима (сравнение напряжений на выходах усилителей с опорным) один из приборов отключается, а второй формирует на своем выходе требуемый релейный сигнал. Время срабатывания компаратора определяет длительностью состязательного режима.

Таким образом, в устройстве реализован механизм случайного выбора одного прибора из двух конкурирующих, который является внутренним свойством устройства. Извне задается лишь вероятность переключения приборов согласно фиг, 3, Это дости«ается, например. изменением коэффициентов усиления усилителей опорным напряжением или изменением характеристик оптических систем. Это позволяет изменять консгруктивными мерами дисперсию случайных процессов и оптимизировать процессы преобразования входной информации.

Наиболее благоприятным режимом, при котором достигается максимальная надежность и долговечность, является режим стохастической симметрии или равновероятностный режим, при котором вероятность включения приборов равна 0,5. Это означает, что несмотря на стохастический процесс случайных последовательностей, регистрируемых на выходах первого и второго прибора, число включений за фиксированный промежуток времени одинаково или близко к этому. Например. на вход устройства было подано 1000 импульсов, а число импульсов, зарегистрированных на выходе первого прибора равно, например, 510, а на выходе второго прибора 490, Колебания относительно равновероятностного режима, определяемые "разладкой" симметричного режима, определяются стабильностью процессов преобразования светового потока, действующего на входе устройства в первом и втором каналах. Устойчивое смещение показаний блока конт1657963

/ роля свидетельствует о необратимых процессах наблюдаемого канала, т. е, об отказе этого канала. важнейшим свойством предлагаемого устройства, повышающим его надежность, является возможность контроля работоспособности в процессе эксплуатации прибора и возможность подналадки приборов для обеспечения максимальной работоспособности. Это достигается тем, что выходы усилителей и компараторов обеих трактов подключены к устройству контроля. ПрактичеСки число контрольных точек неограничено, т. е. можно контролировать не только внешние обобщенные параметры, но и внутренние локальные параметры усилителей и компараторов. Это позволяет осуществлять полную функциональную диагностику устройства в целом, Если по результатам анализа работоспособности обнаружится дрейф параметров, то устройство позволяет скорректировать характеристики приборов до равновероятностного режима. Это гарантирует безотказную работоспособность устройства зэ период эксплуатации, что существенно влияет на надежность устройства, так как позволяет не только наблюдать эту надежность, но и корректировать ее определенными целенаправленными действиями.

Предлагаемый датчик позволяет включать в схему рефлексивного управления любое число приборов.

Формула изобретения

Фотоэлектронный датчик светового потока, содержащий первую оптическую систему, установленную между источником

5 света и первым первичным преобразователем, связанным через первый усилительный каскад с первым релейным каскадом, источник опорного напряжения и выходную клемму устройства, отличающийся

10 тем, что, с целью повышения надежности, в него введены блок контроля, вторая оптическая система, последовательно соединенные второй первичный преобразователь, вторые усилительный и релейный каскады, 15 а также два элемента ЗАПРЕТ и элемент

ИЛИ, при этом выходы первого и второго релейных каскадов подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов ЗАПРЕТ, вторые входы

20 которых подключены к клемме источника питания, выходы первого и второго элементов ЗАПРЕТ подключены к соответствующим полюсам вторых усилительного и релейного каскадов и первых усилительно25 го и релейных каскадов соответственно, первые выходы релейных каскадов подключены через элемент ИЛИ к выходной клемме устройства, выходы первых и вторых усилительных и релейных каскадов

30 подключены к входам блока контроля, а упругие входы релейных каскадов соединены с клеммой источника опорного напряжения.

1657963

Е! 11 1 го

Фиг. 3

Составитель Н, Макаренко

Техред М.Моргентал Корректор М, Шароши

Редактор А, Мотыль

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

Заказ 1708 Тираж 348 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Фотоэлектронный датчик светового потока Фотоэлектронный датчик светового потока Фотоэлектронный датчик светового потока Фотоэлектронный датчик светового потока Фотоэлектронный датчик светового потока 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерению расхода жиркости на транспортных средствах

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования измеряемого параметра (ускорения, давления, вибрации, электромагнитного поля и т.д.) в изменение оптического сигнала

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для многоточечного контроля физических параметров как одного, так и нескольких объектов контроля

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано в автоматических роторно-конвейерных линиях

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники

Изобретение относится к химии и технологии полимеров, а именно к полимерным композициям, обладающим свойством селективного отражения света

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля числа сработавших зарядов при проведении множественных взрывов в проходческих шахтах и горно-обогатительных комбинатах

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к датчикам наличия предметов и объектов в определенной зоне пространства, например наличия металла в определенном сечении клети прокатного стана, наличия объекта в определенном месте технологического процесса

Наверх