PL225337B1 - Transoptor - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest transoptor, z przeznaczeniem do izolacji galwanicznej obwodów elektronicznych, w szczególności obwodów sterujących oraz transmisji danych.

W znanym z opisu patentowego nr JPH 03 201 572, „Optical coupler and apparatus associated with the same” układzie, końcówka pierwsza wejścia połączona jest z katodą diody elektroluminescencyjnej, a jej anoda połączona jest z końcówką drugą wejścia, zaś dioda elektroluminescencyjna jest sprzężona optycznie z fototranzystorem, którego kolektor połączony jest z końcówką drugą wyjścia, a emiter fototranzystora połączony jest z końcówką pierwszą wyjścia. Na drodze strumienia świetlnego pomiędzy diodą elektroluminescencyjną i fototranzystorem umieszczona jest, co najmniej jedna ciekłokrystaliczna przesłona optyczna, której elektrody połączone są z końcówkami wejść sterujących.

Znany transoptor wyposażony jest w optyczne przesłony ciekłokrystaliczne, które wykazują znaczną wrażliwość na zmiany temperatury otoczenia, a w szczególności niskie temperatury powodują ich niską dynamikę zmian stanu przewodzenia światła na drodze optycznej, co znacząco ogranicza prędkość przekazywania sygnałów cyfrowych. W niższych temperaturach przesłony ciekłokrystali czne są również mniej skuteczne w stanie nieprzepuszczania światła. W efekcie tego zjawiska może dochodzić do występowania na wyjściu transoptora napięć spoza obszarów dozwolonych, dla stanów logicznych dla układów cyfrowych. Prowadzi to do powstawania błędów cyfrowej transmisji, a przy dalszym obniżeniu temperatury do całkowitego przerwania transmisji. Efekt ten będzie obserwowany już w dolnym obszarze przedziału temperatur dla jakich projektuje się urządzenia powszechnego użytku: 0-70°C. Dla urządzeń przemysłowych rozszerzony zakres temperatury pracy urządzeń: -40-85°C wyklucza możliwość stosowania znanego transoptora.

Istota transoptora według wynalazku polega na tym, że transoptor wyposażony jest w grzejnik i w czujnik temperatury. Końcówka pierwsza wejścia stabilizacji termicznej połączona jest z końcówką pierwszą grzejnika, którego końcówka druga połączona jest z końcówką czwartą wejścia stabilizacji termicznej. Końcówka druga wejścia stabilizacji termicznej połączona jest z końcówką pierwszą czujnika temperatury, którego końcówka druga połączona jest z końcówką trzecią wejścia stabilizacji termicznej.

Transoptor według wynalazku pozwala nie tylko na izolowane galwanicznie przekazywanie s ygnałów cyfrowych, ale przede wszystkim umożliwia na bieżąco pomiar temperatury otoczenia i ewentualne ogrzewanie jego struktury, a w konsekwencji sterowanie napięciem na jego wejściach ze stałą prędkością, niezależnie od temperatury otoczenia, co ma duże znaczenie w praktycznych zastosowaniach układu, w tym w systemach pomiarowych pracujących w warunkach przemysłowych. Układ według wynalazku może być stosowany w urządzeniach o rozszerzonej tolerancji temperatury otoczenia, bez utraty parametrów przekazywania sygnałów.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku, przedstawiającym schemat ideowy transoptora.

Końcówka pierwsza 1 wejścia We transoptora według wynalazku połączona jest z katodą diody elektroluminescencyjnej D. Końcówka druga 2 wejścia We transoptora połączona jest z anodą diody elektroluminescencyjnej D. W nieprzezroczystej izolacyjnej obudowie Ob usytuowane są: dioda elektroluminescencyjna D, fototranzystor pierwszy T1, fototranzystor drugi T2, grzejnik R, czujnik temperatury CT. Dioda elektroluminescencyjna D jest sprzężona optycznie z fototranzystorami: pierwszym T1 i drugim T2. Na drodze strumienia świetlnego pomiędzy diodą elektroluminescencyjną D a fototranzystorem drugim T2 umieszczona jest co najmniej jedna ciekłokrystaliczna przesłona optyczna K1, ..., Kn, do której elektrod dołączone są końcówki: pierwsza 1 i druga 2 wejść sterujących S1,..., Sn transoptora.

Końcówka pierwsza 1 wejścia stabilizacji termicznej ST połączona jest z końcówką pierwszą grzejnika R, którego końcówka druga połączona jest z końcówką czwartą 4 wejścia stabilizacji termicznej ST. Końcówka druga 2 wejścia stabilizacji termicznej ST połączona jest z końcówką pierwszą czujnika temperatury CT, którego końcówka druga połączona jest z końcówką trzecią 3 wejścia stabilizacji termicznej ST. Emiter fototranzystora pierwszego T1 połączony jest z końcówką pierwszą 1 wyjścia pierwszego Wy1, a kolektor fototranzystora pierwszego T1 połączony jest z końcówką drugą 2 wyjścia pierwszego Wy1. Emiter fototranzystora drugiego T2 połączony jest z końcówką pierwszą 1 wyjścia drugiego Wy2, a kolektor fototranzystora drugiego T2 połączony jest z końcówką drugą 2 wyjścia drugiego Wy2 transoptora według wynalazku.

PL 225 337 B1

W fazie pierwszej działania transoptora, informacja cyfrowa w postaci przebiegów napięcia podawana jest na wejście We. Ujemne napięcie na końcówce pierwszej 1 wejścia We i dodatnie na jego końcówce drugiej 2 powoduje przepływ prądu przez złącze diody elektroluminescencyjnej D, co skutkuje emisją strumienia światła, którego porcja trafia do fototranzystora pierwszego T1. Zmiany oświetlenia fototranzystora pierwszego T1 powodują zmiany jego rezystancji wewnętrznej, które przy zasilaniu wyjścia pierwszego Wy1 napięciem stałym powodują zmiany w przepływie prądu pomiędzy końcówkami: pierwszą 1 i drugą 2 wyjścia pierwszego Wy1. Informacja cyfrowa z wejścia We przekazywana jest w ten sposób do izolowanego galwanicznie wyjścia pierwszego Wy1 transoptora.

W fazie drugiej działania transoptora według wynalazku, stałe napięcie: ujemne na końcówce pierwszej 1 wejścia We i napięcie dodatnie na jego końcówce drugiej 2 powoduje przepływ prądu przez złącze diody elektroluminescencyjnej D, co skutkuje emisją stałego strumienia światła. Informacja cyfrowa podawana jest w postaci przebiegów napięcia na końcówki: pierwszą i drugą wejść sterujących S1, ..., Sn. Zmiany napięcia na elektrodach ciekłokrystalicznych przesłon optycznych K1, ... Kn, powodują zmiany ich przeźroczystości, co skutkuje zmianami porcji strumienia światła, pochodzącego z diody elektroluminescencyjnej D, oświetlającego fototranzystor drugi T2. Zmiany oświetlenia fototranzystora drugiego T2 powodują zmiany jego rezystancji wewnętrznej, które przy zasilaniu wyjścia drugiego Wy2 napięciem stałym powodują zmiany w przepływie prądu pomiędzy końcówkami: pierwszą 1 i drugą 2 wyjścia drugiego Wy2. Informacja cyfrowa z izolowanych galwanicznie wejść sterujących S1, ..., Sn transoptora jest przekazywana w ten sposób do izolowanego galwanicznie wyjścia drugiego Wy2.

Podawane napięcie na końcówki pierwszą 1 i czwartą 4 wejścia stabilizacji termicznej ST powoduje przepływ prądu przez grzejnik R i podniesienie temperatury struktury transoptora według wynalazku. Podwyższona temperatura ciekłokrystalicznych przesłon optycznych K1, ..., Kn, skutkuje ich szybszym przełączaniem, co zwiększa szybkość przesyłania cyfrowych danych pomiędzy wejściami sterującymi S1, ..., Sn a wyjściem drugim Wy2 transoptora. Czujnik temperatury CT połączony z końcówkami: drugą 2 i trzecią 3 wejścia stabilizacji termicznej ST umożliwia podłączenie zewnętrznego układu regulatora temperatury, sterującego przepływem prądu przez grzejnik G i stabilizującego w ten sposób temperaturę transoptora według wynalazku.

Claims (1)

1. Transoptor, w którego obudowie końcówka pierwsza wejścia połączona jest z katodą diody elektroluminescencyjnej, a jej anoda połączona jest z końcówką drugą wejścia, zaś dioda elektroluminescencyjna jest sprzężona optycznie z fototranzystorem, którego kolektor połączony jest z końcówką drugą wyjścia, a emiter fototranzystora połączony jest z końcówką pierwszą wyjścia, przy czym na drodze strumienia świetlnego pomiędzy diodą elektroluminescencyjną a fototranzystorem umieszczona jest co najmniej jedna ciekłokrystaliczna przesłona optyczna, której elektrody połączone są z końcówkami: pierwszą i drugą wejść sterujących, znamienny tym, że wyposażony jest w grzejnik (R) i czujnik temperatury (CT), przy czym końcówka pierwsza (1) wejścia stabilizacji termicznej (ST), połączona jest z końcówką pierwszą grzejnika (R), którego końcówka druga połączona jest z końcówką czwartą (4) wejścia stabilizacji termicznej (ST), zaś końcówka druga (2) wejścia stabilizacji termicznej (ST) połączona jest z końcówką pierwszą czujnika temperatury (CT), którego końcówka druga połączona jest z końcówką trzecią (3) wejścia stabilizacji termicznej (ST) układu.