CS215241B1

CS215241B1 - Connection of temperature compensated rotary incremental optoelectronic sensor

Info

Publication number: CS215241B1
Application number: CS175680A
Authority: CS
Inventors: Alen Krcma; Tomas Dusek
Original assignee: Alen Krcma; Tomas Dusek
Priority date: 1980-03-14
Filing date: 1980-03-14
Publication date: 1982-08-27

Abstract

Paralelně alespoň s jednou odměřovací světelnou diodou je zapojena porovnávací světelné dioda směrované světelným tokem, snímaným porovnávacím fototranzistorem, spojeným s porovnávacím vstupem alespoň jednoho komparátorů, na svislou odrazovou plochu odměřovacího rotujícího kotouče. Účelem vynálezu je dosáhnout dokonalé teplotní kompenzace rotačního inkrementálního optoelektronického čidla jednoduchými prostředky. Výhoda zapojení spočívá v tom, že proměnnou komparační úrovní, závislou na teplotě, se dociluje stálá střídy impulzů 1:1.Parallel to at least one measuring light diode is connected a comparison light diode directed by a light flux, sensed by a comparison phototransistor, connected to the comparison input of at least one comparator, onto the vertical reflecting surface of the measuring rotating disk. The purpose of the invention is to achieve perfect temperature compensation of the rotary incremental optoelectronic sensor by simple means. The advantage of the connection lies in the fact that a constant pulse duty cycle of 1:1 is achieved by a variable comparison level, dependent on temperature.

Description

Vynález se týká zapojení teplotně kompenzovaného rotačního inkrementálního optoelektronického čidla, opatřeného alespoň jednou odměřovací světelnou diodou, jejíž světelný paprsek odrážející se od dělené odrazové plochy odměřujícího rotujícího kotouče dopadá na odměřovací fototranzistor připojený na odměřovací vstup komparátoru.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a temperature compensated rotary incremental optoelectronic sensor having at least one metering light-emitting diode, the light of which reflects from the separated reflective surface of the metering rotating disk impinges on the metering phototransistor connected to the metering input of the comparator.

Místo dosud používané žárovky v čidle se jako zdroje světelného záření používá světelné diody. Důvodem je snížení elektrického příkonu čidla, podstatné zvýšení životnosti a spolehlivosti, odstranění náročné optiky koncentrováním a směrováním světelného paprsku, snížení velikosti a hmotnosti čidla a zmenšení pracnosti při seřizování. Světelný tok diody se odráží od lesklého povrchu odměřovaciho kotouče rotujícího rychlostí úměrnou hodnotě měřené veličiny, například otáček motoru, délky nebo objemu předmětu apod. a je snímán fototranzistorem. Odměřovací kotouč je po obvodu rozdělen střídavě na potřebný počet- dílků -s odrazovou plochou a stejný počet dílků s matnou plochou stejné rozteče. Světelný tok diody je směrován na dělenou odrazovou plochu na obvodu odměřovaciho kotouče, od níž se odráží na fototranzistor, který při otáčení odměřovaciho kotouče vytváří přibližně sinusový signál, který je komparátorem tvarován na signál obdélníkového průběhu se střídou 1:1.Instead of the bulb used in the sensor, light emitting diodes are used as the light source. This is due to a reduction in the sensor's electrical input, a significant increase in service life and reliability, the elimination of demanding optics by concentrating and directing the light beam, reducing the size and weight of the sensor, and reducing adjustment effort. The luminous flux of the diode is reflected from the glossy surface of the metering disk rotating at a speed proportional to the value of the measured quantity, for example the engine speed, the length or volume of the object, etc., and is sensed by a phototransistor. The metering disk is divided circumferentially into the required number of divisions with a reflective surface and the same number of divisions with a matt surface of the same pitch. The luminous flux of the diode is directed to a split reflection surface on the circumference of the metering disk, from which it reflects on a phototransistor, which, when rotating the metering disk, produces an approximately sinusoidal signal, which is shaped by a comparator into a 1: 1 rectangular waveform.

Při běžném použiti čidla při konstantní teplotě je možno pro vyhodnocováni použít komparátoru s pevně nastavenou komparační úrovní. S proměnnou teplotou v rozsahu například 20 až 80 °C ve vnitřním prostoru čidla však klesá svítivost světelné diody a vícenásobně stoupá citlivost fototranzistoru. Tím vyrůstá amplituda proměnného signálu a při použití první komparační úrovně není na výstupu komparátoru střída impulsů 1:1, je proměnná v souvislosti s kolísáním teploty. Vzhledem k odlišným charakteristikám v závislosti světelných diod a fototranzistorů na teplotě byly by obvody pro tepelní kompenzaci běžně používané v tranzistorové technice velmi komplikované a málo účinné.In the case of a constant temperature sensor, a comparator with a fixed comparison level can be used for evaluation. However, with a variable temperature in the range of, for example, 20 to 80 ° C in the interior of the sensor, the light emitting diode decreases and the sensitivity of the phototransistor increases several times. This increases the amplitude of the variable signal, and when using the first comparator level, the comparator output does not have a 1: 1 pulse duty cycle, it is variable in relation to temperature fluctuations. Due to the different characteristics of temperature and light emitting diodes and phototransistors, thermal compensation circuits commonly used in transistor technology would be very complicated and inefficient.

Účelem vynálezu je dosáhnout dokonalé teplotní kompenzace rotačního inkrementálního optoelektronického čidla jednoduchými prostředky, čehož se podle podstaty vynálezu dosáhle tím, že paralelně alespoňs jednou odměřovací světelnou diodou je zapojena porovnávací světelná dioda směrovaná světelném tokem, snímaným porovnávacím vstupem alespoň jednoho komparátoru na souvislou odrazovou plochu odměřovaciho rotujícího kotouče.The purpose of the invention is to achieve perfect temperature compensation of the rotary incremental optoelectronic sensor by simple means, which according to the invention is achieved by paralleling at least one metering light-emitting diode parallel to the light input sensed by the comparative input of at least one comparator. wheels.

Výhoda zapojení podle vynálezu spočívá v tom, že proměnnou komparační úrovní, závislou na teplotě se dociluje stálé střídy impulsů 1:1.The advantage of the circuitry according to the invention is that a constant temperature-dependent comparative level achieves a constant 1: 1 pulse duty cycle.

Zapojení podle vynálezu je dále popsáno a vysvětleno s pomocí výkresů, z nichž na obr. 1 je zapojení čidla podle vynálezu a na obr. 2 je vyznačeno porovnání průběhů výstupních signálů a zapojení bez teplotní kompenzace se zapojením s teplotní kompenzací podle vynálezu.The circuit according to the invention is further described and explained with reference to the drawings, in which Fig. 1 shows the wiring of the sensor according to the invention and Fig. 2 shows the comparison of the output signal and non-temperature compensation circuit with the temperature compensation circuit according to the invention.

Na obr. 1 jsou zházorněny paralelně ke zdroji napětí UCC přes předřadné odpory PÍIn Fig. 1, they are shown parallel to the voltage source UCC via the series resistors P1

I až P3 zqpojené světelné diody Dl až D3. Světelný tok odměřovacích světelných diod Dl a D2 je směrován na dělenou čárkovaně vyznačenou odrazovou plochu odměřovaciho, rotujícího kotouče K a je snímán porovnávacím fototranzistorem TJ. Fototranzistory Ti až TJ jsou paralelně zapojeny mezi zdroj napětí UCC přes pracovní odpory Rl až R4 a pomocné napětí UD. tvořené sériovým zapojením Zenerovy diody D4 a odporu R5. Výstupy odměřovacích fototrahzistorů TI a T2 jsou přes omezovači odpory R6 připojeny na invertujíci vstupy operačních zesilovačů OZ1 a 0Z2, použitých jako komparátorů. Výstup porovnávacího fototranzistoru T' je přes omezovači odpory R6 zapojen na neinvertující vstupy operačních zesilovačů OZ1.OZ2. činnost zapojeni je následující:I to P3 of connected diodes D1 to D3. The luminous flux of the metering light emitting diodes D1 and D2 is directed to a divided dashed reflected surface of the metering, rotating disc K and is sensed by a comparator phototransistor TJ. The phototransistors Ti to TJ are connected in parallel between the voltage source UCC through the working resistors R1 to R4 and the auxiliary voltage UD. consisting of a series connection of Zener diode D4 and resistor R5. The outputs of the transducer phototransistors T1 and T2 are connected via the R6 limiting resistors to the inverting inputs of the operational amplifiers OZ1 and 0Z2 used as comparators. The output of the comparator phototransistor T 'is connected to the non-inverting inputs of the operational amplifiers OZ1.OZ2 via the limiting resistors R6. the activity involved is as follows:

Světelné diody Dl až D3. jsou trvale proudově buzené přes předřazené proměnné odpory PÍ až PJ ze zdroje napětí UCC. Proud světelnými diodami Dl až D. je nastqven přibližně na 40 % hodnoty trvalého dovoleného zatížení. Pomocné napětí UL dovoluje užití nesymetrického napájení operačních zesilovačů 0Z1 a 0Z2. ze společného zdroje UCC proti zemi. Z pracovních odpárů RI a R2 jsou snímány proměnné signály, jejichž průběh je určen regulováním fází odměřovacích fototranzistorů TI a T2 odraženýdh světelným tokem od dělené odrazové plochy odměřovácího kotouče K a jsou přes omezovači odpory R6 přiváděny na invertující vstupy operačních zesilovačů 0Z1 a 0Z2. jako komparátorů. Světelný paprsek porovnávací světelné diody D3 odražený od souvislé odrazové plochy odměřovacího kotouče K a dopadajícího na porovnávací fototranzistor T3 vytváří stejnosměrné porovnávací napětí, jehož úroveň odpovídá střední hodnotě výstupních signálů z odměřovacích fototranzistorů TI a T2 a získává se z odporového děliče R3 nastaveného v poměru 1:1. Odporové děliče R3 jsou současně pracovním odporem porovnávacího fototranzistorů T3. který je trvale udržován ve vodivém stavu odraženým světelným tokem od souvislé odrazové plochy odměřovacího kotouče K. Výstupní signál porovnávacího fototranzistorů T3 je přes omezovači odpory R6 přiveden na porovnávací vstupy komparátorů, t.j. na neinvertujíeí vstupy obou operačních zesilovačů 0Z1 a 0Z2. Protože teplotní charakteristiky fototranzistorů TI až T3 jsou shodné, změní se se změnou teploty úroveň odměřovacích signálů stejně jako porovnávací úroveň.Light emitting diodes D1 to D3. are continuously excited through upstream variable resistors P1 to PJ from the voltage source UCC. The light emitting diode D1 to D. is set to approximately 40% of the continuous permissible load value. The auxiliary voltage UL allows the use of unbalanced power supply of the operational amplifiers 0Z1 and 0Z2. from a common source of the UCC against the country. Variable signals are scanned from the working vapors R1 and R2, the course of which is determined by controlling the phases of the metering phototransistors T1 and T2 reflected by the luminous flux from the separated reflection surface of the metering wheel K and fed to the inverting inputs of operational amplifiers 0Z1 and 0Z2. as comparators. The light beam of the reference light diode D3 reflected from the continuous reflection surface of the metering disk K and impinging on the comparator phototransistor T3 produces a DC comparator voltage equal to the mean value of the output signals from the metering phototransistors T1 and T2 and obtained from a resistive divider R3 set at 1: 1. Resistance dividers R3 are also the working resistance of the comparator phototransistors T3. The output signal of the comparator phototransistors T3 is applied via comparator resistors R6 to the comparator inputs of the comparators, i.e. to the non-inverting inputs of the two operational amplifiers 0Z1 and 0Z2. Since the temperature characteristics of the phototransistors T1 to T3 are identical, the level of the metering signals as well as the comparison level will change as the temperature changes.

V zapojení podle vynálezu vhodném zejména pro měření neelektrických veličin, například rychlost otáčení motoru, je účelně použito dvojice odměřovacích světelných diod Dl.In the circuit according to the invention, which is particularly suitable for measuring non-electric quantities, for example the speed of rotation of a motor, a pair of metering light-emitting diodes D1 is expediently used.

D2. dvojice odměřovacích fototranzistorů TI. T2 a dvou komparátorů tvořených operačními zesilovači 0Z1, 0Z2, například pro 200 otáček motoru by bylo nutné vytvořit na obvodu odměřovaciho kotouče K stéjný počet dílků, což by vyžadovalo velmi jemné dělení na obvodu odměřovacího kotouče K nebo zvětšení jeho obvodu. Vzájemným fázovým posunutím signálů, vyhodnocených náběžných a spádových hran na výstupech obou operačních zesilovačů 0Z1. 0Z2 se získá čtyřnásobný počet impulsů, což značí, že počet dílků na odměřovacím kotouči K se omezí na 50.D2. a pair of TI measuring phototransistors. T2 and two comparators consisting of operational amplifiers 0Z1, 0Z2, for example for 200 engine revolutions, would have to create the same number of divisions on the circumference of the metering wheel K, which would require very fine separation on the circumference of the metering wheel K or increase its circumference. Mutual phase shift of signals, evaluated rising and falling edges at outputs of both operational amplifiers 0Z1. 0 2 gives four times the number of pulses, indicating that the number of graduations on the metering disk K is limited to 50.

Na obr. 2 je znázorněno v časovém průběhu t, porovnání výstupních signálů VI známého čidla a pevně nastavenou čárkovaně vyznačenou komparační úrovní A s výstupními signály V2 čidla opatřeného proměnnou, na teplotě závislou, komparační úrovní B v zapojení podle vynálezu. Z obr. 2 je patrné, jak se změnou teploty kolísá požadovaná střída 1:1 výstupních signálů VI, kdežto proměnné, na změnu teploty závislá, komparační úroveň'B v zapojení podle vynálezu udržuje přesně impulsů 1:1 výstupních signálů V2.FIG. 2 shows, over time t, a comparison of the output signals VI of a known sensor and a fixed dashed comparison level A with the output signals V2 of a sensor provided with a variable, temperature-dependent, comparison level B in the circuit according to the invention. It can be seen from FIG. 2 how the desired 1: 1 duty cycle of the output signals VI varies with the temperature variation, while the variable temperature-dependent, comparative level B in the circuit according to the invention keeps exactly the pulses of the 1: 1 output signals V2.

Při výběru světelných diod Dl až D3 a fototranzistorů TI až TJ z hlediska shodnosti charakteristik svítivosti diod D1.D2. D3 a citlivosti fototranzistorů TI, T2. T3 v závislosti na změnách teploty a při nastavení střídy impulsů výstupních signálů při počáteční teplotě v čidle 20°C zůstává i v rozsahu teplot do BO°C uvnitř čidla střída impulsů výstupních signálů zathoiána.When selecting the light-emitting diodes D1 to D3 and the phototransistors T1 to TJ in terms of the luminance characteristics of the diodes D1.D2. D3 and sensitivity of phototransistors T1, T2. Depending on the temperature changes and the pulse duty cycle of the output signals at the initial temperature of 20 ° C, the T3 remains dark within the temperature range up to BO ° C inside the sensor.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. Connecting a temperature compensated rotary incremental optoelectronic sensor, provided with at least one directional light-emitting metering diode sensed by a metering phototransistor connected to a metering input of a comparator, characterized in that parallel to at least one metering diode (D) D2), a luminous flux diode (D3) directed by the luminous flux sensed by the comparator phototransistor (T3) connected to the comparator input of at least one comparator (0Z1, 0Z2) is connected to a continuous reflection surface of the metering rotating disc (K).

2. The circuit according to claim 1, characterized in that the mutual phase shift of the pulse train at the outputs of the metering phototransistors (T1, T2) is created by adjusting the positions of the parallel connected metering light-emitting diodes (D1, D2) relative to the reflective parts of the metering rotating disc (K). .

3. Connection according to claim 2, characterized in that the comparator is formed by an operational amplifier (0Z1, 0Z2), nq and whose inverting input is connected to the output of the metering phototransistor (T1, T2) and the non-inverting input is connected to the comparator phototransistor (T3).