RU1796899C

RU1796899C - Photosensor

Info

Publication number: RU1796899C
Application number: SU904870787A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Карпов; Евгений Алексеевич Аксенкин; Олег Иванович Палий
Original assignee: Гомельский политехнический институт
Priority date: 1990-10-02
Filing date: 1990-10-02
Publication date: 1993-02-23

Abstract

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике. Целью изобрете- ни вл етс расширение области применени за счет повышени помехоустойчивости путем снижени его вослрйимчивости к посторонним источникам засветки . Помехоустойчивость обеспечиваетс снабжением датчика преобразователем ток - напр жение, модул тором и токоогра- ничивающим резистором. Благодар наличию резистора 1 источник излучени 2 выдает модулированный поток излучени . Поэтому выходной сигнал приемника излучени 3, изменившись в преобразователе 4 ток-напр жение и пройд усилитель 5, поступает на модул тор бис помощью формировател импульсов 7 и фильтра нижних частот 8 преобразуетс так, что среднее значение сигнала от сторонних источников засветки равно нулю, а среднее значение полезного сигнала отлично от нул . 2 ил,The invention relates to a measurement technique. The aim of the invention is to expand the scope by increasing the noise immunity by reducing its immunity to extraneous light sources. The noise immunity is ensured by supplying the sensor with a current-voltage converter, a modulator, and a current-limiting resistor. Due to the presence of resistor 1, the radiation source 2 produces a modulated radiation flux. Therefore, the output signal of radiation receiver 3, having changed the current-voltage converter 4 and passed through amplifier 5, is transmitted to the bis modulator using a pulse former 7 and low-pass filter 8 so that the average value of the signal from external sources of illumination is zero, and the average the value of the useful signal is nonzero. 2 silt

Description

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в качестве средства получени Контрольной информации при автоматизации различного рода технологических процессов , в частности, при обработке материалов давлением, в обрабатывающей промышленности, металлургическом производстве , при производстве изделий из пластмассы ,.The invention relates to a control and measuring technique and can be used as a means of obtaining control information in the automation of various kinds of technological processes, in particular, in the processing of materials by pressure, in the manufacturing industry, in the metallurgical industry, in the manufacture of plastic products.

, Известны фотодатчики, содержащие приемник излучени , усилитель, частотоза- висимую цепь, выпр митель, пороговый элемент, источник излучени . Перечисленные элементы образуют цепь положительной обратной св зи, замыкающуюс через оптический канал. Если последний открыт, то в фотодатчике возникают колебани , при наличии же в оптическом канале непрозрачного предмета - колебани затухают. Недостатком подобных устройств вл е-гс значительна сложность, и недостаточна помехозащищенность, обусловленна вли , Known photo sensors comprising a radiation receiver, amplifier, frequency-dependent circuit, rectifier, threshold element, radiation source. The listed elements form a positive feedback circuit that closes through the optical channel. If the latter is open, then oscillations occur in the photosensor, but if there is an opaque object in the optical channel, the oscillations die out. The disadvantage of such devices is the e-gs significant complexity, and insufficient noise immunity due to the influence

нием сторонних источников засветки, которые могут привести к возникновению коле . баний при закрытом световом канале.third-party sources of illumination, which can lead to a stake. Bani with a closed light channel.

В реальных услови х эксплуатации фо . тодатчиков суммарный световой поток, воспринимаемый приемником излучени , определ етс не только импульсами от источника излучени , но и световыми помехами , обусловленными сторочними источниками засветки. Среди таких источников наиболее существенными вл ютс солнечный свет, создающий посто нный, медленно мен ющийс уровень светового потока; осветительные приборы накаливани , создающие посто нную и переменную составл ющие светового потока. (Частота переменной составл ющей у источников этого вида имеет удвоенное значение по отношению к питающему прибору напр жению ); газоразр дные лампы, создающие посто нную и переменную составл ющие. Причем у источников этого вида переменна составл юща имеет крайне высокийUnder real operating conditions, pho. of the sensors, the total luminous flux perceived by the radiation receiver is determined not only by the pulses from the radiation source, but also by the light interference caused by the ambient light sources. Among such sources, sunlight is the most significant, creating a constant, slowly changing level of light flux; incandescent lighting fixtures, creating a constant and variable component of the luminous flux. (The frequency of the variable component in sources of this type is doubled in relation to the supply voltage to the device); gas discharge lamps creating constant and variable components. Moreover, for sources of this type, the variable component has an extremely high

юАyA

XIXi

ю о шu o w

юYu

процент содержани нечетных гармоник, а значение частоты первой гармоники имеет так же удвоенное значение по отношению к питающему напр жению.the percentage of odd harmonics, and the frequency of the first harmonic is also doubled in relation to the supply voltage.

Восприимчивость к помехам существенно ограничивает область применени известного фотодатчика. При этом помехо- ва обстановка осложн етс тем, что пита- ющее (сетевое) напр жение измен етс как по амплитуде, так и по частоте и содержанию высших гармоник.The susceptibility to interference significantly limits the scope of the known photosensor. In this case, the interference situation is complicated by the fact that the supply (mains) voltage varies both in amplitude and in frequency and content of higher harmonics.

Наиболее близким к за вл емому по технической сущности и достигаемому эффекту вл етс фотодатчик, содержащий генератор , выход которого через формирователь и усилитель мощности соединен со входом источника излучени , последовательно соединенные приемник излучени , фильтр верхних частот, усилитель , выпр митель, фильтр нижних частот и пороговый элемент,The closest to the claimed technical essence and the achieved effect is a photosensor containing a generator, the output of which through a driver and a power amplifier is connected to the input of the radiation source, series-connected radiation receiver, high-pass filter, amplifier, rectifier, low-pass filter and threshold element

Основным недостатком известного фотодатчика так же вл етс ограниченна область применени , обусловленна низкой помехоустойчивостью, котора св зана с тем, что фильтр верхних частот пропускает высокочастотные составл ющие от сторонних источников засветки.The main disadvantage of the known photosensor is also the limited scope due to the low noise immunity, which is associated with the fact that the high-pass filter passes high-frequency components from external sources of illumination.

Целью изобретени вл етс повышение помехоустойчивости и, тем самым, расширение областей применени фотодатчика.The aim of the invention is to increase the noise immunity and, thereby, expand the scope of the photosensor.

Поставленна цель достигаетс тем, что в известный фотодатчик, содержащий источник излучени , приемник излучени , усилитель , формирователь импульсов и фильтр нижних частот, согласно изобретению введены токоограничивающий резистор св зи входа источника излучени с шиной питающего сетевого переменного напр жени , преобразователь ток-напр жение и модул тор , выход модул тора соединен со входом фильтра нижних частот, его упраэл ющий вход соединен с выходом формировател импульсов, вход соединен с выходом усилител , а выход приемника излучени соединен со входом усилител через преобразователь ток-напр жение, формирователь импульсов выполнен с входом св зи с шиной питающего сетевого переменного напр жени .The object is achieved by the fact that a current-limiting resistor for coupling the input of the radiation source to the supply AC bus, a current-voltage converter, and a current-voltage converter are introduced into a known photosensor comprising a radiation source, a radiation receiver, an amplifier, a pulse driver and a low-pass filter. modulator, the output of the modulator is connected to the input of the low-pass filter, its control input is connected to the output of the pulse former, the input is connected to the output of the amplifier, and the output of the receiver and radiation is connected to the input of the amplifier through a current-voltage converter, a pulse shaper is made with a communication input to the bus of the supply mains AC voltage.

Сущность изобретени , таким образом, состоит в том, что гармонические составл ющие всех мешающих источников засветки имеют четные, по отношению к питающей сети, номера гармоник, а алгоритм работы построен таким образом (путем введени модул тора и использовани фильтра нижних частот, что среднее значение сигнала от их действи равно нулю, равно как и отThe essence of the invention, therefore, lies in the fact that the harmonic components of all interfering light sources have even harmonic numbers with respect to the mains, and the operation algorithm is constructed in such a way (by introducing a modulator and using a low-pass filter, that the average value the signal from their action is zero, as well as from

посто нного фона засветки. Среднее же значейие от полезного сигнала отлично от нул .constant backlight background. The mean value of the useful signal is different from zero.

На фиг. 1 представлена функциональна In FIG. 1 presents a functional

схема за вл емого фотодатчика; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие преобразование сигналов в фотодатчике, а - временна диаграмма полезного потока излучени I(t) на выходе источника излучени 2; б - временна диаграмма сторонних источников излучени .ropft), где ост - посто нный уровень засветки (дл упрощени представлена только втора гармоника, по отношению к питающей сети, имеющейscheme of the inventive photosensor; Fig. 2 is a timing chart illustrating signal conversion in the photosensor, and is a timing chart of the useful radiation flux I (t) at the output of the radiation source 2; b - time diagram of third-party radiation sources .ropft), where the rest is the constant level of illumination (for simplicity, only the second harmonic is presented, with respect to the mains having

период Т); в - временна диаграмма напр жени на выходе усилител 5 - Us(t); г - временна диаграмма управл ющего напр жени на выходе формировател импульсов 7 - U(t); д - временна диаграмма выходного напр жени модул тора 6 - Ue(t); e - временна диаграмма выходного напр жени фильтра посто нной составл ющей 8 - U8(t).period T); c - time diagram of the voltage at the output of amplifier 5 - Us (t); d is a timing diagram of the control voltage at the output of the pulse former 7 - U (t); d is a timing diagram of the output voltage of the modulator 6 - Ue (t); e is a timing diagram of the filter output voltage of the constant component 8 - U8 (t).

Фотодатчик содержит токоограни .чивающий резистор 2 последовательно .соеди- ненный с источником 2 излучени , последовательно соединенные приемник излучени 3, преобразователь 4 ток-напр жение , усилитель 5 и модул тор 6, формиро-The photosensor contains a current-limiting resistor 2 in series. Connected to a radiation source 2, a radiation receiver 3 connected in series, a current-voltage converter 4, an amplifier 5 and a modulator 6,

вэтель импульсов. 7, выход которого соединен с управл ющим входом модул тора 6, выход которого соединен со входом фильтра 8 нижних частот, вход формировател 7 импульсов и вывод токоограничивающего резистора 1 соединены с шиной питающего сетевого переменного напр жени .Vetel of impulses. 7, the output of which is connected to the control input of the modulator 6, the output of which is connected to the input of the low-pass filter 8, the input of the pulse shaper 7 and the output of the current-limiting resistor 1 are connected to the bus of the supply AC voltage.

Фотодатчик работает следующим образом .- . The photosensor operates as follows .-.

Источник 2 излучени , питаемый через токоограничивающий резистор 1 от шины сетевого переменного напр жени , выдает модулированный поток излучени , форма которого представлена на временной диаграмме фиг.2а, и описываетс следующим выражением:A radiation source 2, fed through a current-limiting resistor 1 from a mains AC bus, produces a modulated radiation stream, the shape of which is shown in the timing diagram of Fig. 2a, and is described by the following expression:

50fifty

Т,гЧУ, Фатах Sin ОН, При t С {О Т/2T, hChU, Fatah Sin OH, At t С {О Т / 2

0,npntC T/2,T. 0, npntC T / 2, T.

где Фг (t) - поток, формируемый источником 2 излучени .where Φg (t) is the flow generated by the radiation source 2.

Фгтах - амплитуда потока %(t); со-частота питающей сети.Fgtah - the amplitude of the flow% (t); co-frequency of the mains.

Приемник 3 излучени воспринимает как поток fe(t), так и поток, обусловленный сторонней засветкой ФЬор, который имеет вид (фиг.26).The radiation receiver 3 perceives both the flux fe (t) and the flux caused by the external illumination Fjp, which has the form (Fig. 26).

ФсторМ Фпост + Ј Фт Sin ( 2 i О) t + Я )FstorM Фпост + Ј Фт Sin (2 i О) t + Я)

i 1i 1

где Фпост поток, обусловленный посто нным уровнем засветки;where Phpost flow due to a constant level of exposure;

i - номер гармонической составл ющей суммарного периодического потока;i is the number of the harmonic component of the total periodic flow;

(р. - начальна фаза 1-й гармонической составл ющей;(p. - the initial phase of the 1st harmonic component;

Фт - амплитуда 1-й составл ющейFT - the amplitude of the 1st component

ФсторМ.FstorM.

Как было указано выше, все гармонические составл ющие, обусловленные сторонними источниками засветки, вл ютс четными по отношению к частоте питающего напр жени (в последней формуле перед состоит множитель 2). На фиг.26 дл простоты дана картинка дл I 1.As mentioned above, all harmonic components caused by external sources of illumination are even with respect to the frequency of the supply voltage (in the last formula, the factor 2 is before). 26, for simplicity, a picture is given for I 1.

Выходной ток приемника 3 излучени преобразуетс в напр жение в преобразователе 4 ток-напр жение, которое усиливаетс при помощи усилител 5. В результате на входе модул тора б будет присутствовать следующее напр жение:The output current of the radiation receiver 3 is converted to a voltage in the current-voltage converter 4, which is amplified by an amplifier 5. As a result, the following voltage will be present at the input of the modulator b:

U5(t) Кз К4 KR fc(t) + Фстор (t),U5 (t) K3 K4 KR fc (t) + Fstor (t),

где Кз, Кз, KS - коэффициенты соответственно приемника 3 излучени , преобразовател 4 ток-напр жение и усилител 5 (см. фиг.2в).where K3, K3, KS are the coefficients of the radiation receiver 3, current-voltage converter 4, and amplifier 5, respectively (see Fig. 2c).

Напр жение на выходе формировател импульсов 7, ) представлено на фиг,2г. Данное напр жение формируетс от питающего сетевого, причем в моменты прохождени через ноль которого происходит смена пол рности напр жени L)7(t).The voltage at the output of the pulse former 7,) is shown in Fig. 2d. This voltage is generated from the mains supply, and at the moments of passage through the zero of which there is a change in voltage polarity L) 7 (t).

Модул тор 6 работает следующим образом .Modulator 6 operates as follows.

В интервале времени О, Т/2, когда выходное напр жение формировател 7 импульсов положительной пол рности, коэффициент передачи модул тора 6 равен 1. В интервале времени Т/2. Т его коэффициент передачи равен - 1.In the time interval O, T / 2, when the output voltage of the driver 7 pulses of positive polarity, the transmission coefficient of the modulator 6 is 1. In the time interval T / 2. T its transmission coefficient is -1.

Таким образом на входе фильтра 8 нижних частот подаетс напр жение;Thus, a voltage is applied to the input of the low-pass filter 8;

t 6 О, Т/2 Ue W - +Кз Кд , Kg xt 6 O, T / 2 Ue W - + KZ Cd, Kg x

(Х} + ФсторМ ;(X} + FstorM;

t е т/2, т и6им -к3 К4 к5 ФстоР(т)t e t / 2, t i6im -k3 K4 k5 FstoR (t)

Фильтр 8 нижних частот производит осреднение выходного напр жени модул тора 6. Его выходное напр жение будет иметь вид;The low-pass filter 8 averages the output voltage of the modulator 6. Its output voltage will have the form;

Us i / Ue (t) + Uen(t) dt Us i / Ue (t) + Uen (t) dt

TT

1T Y Кз К4 Ks Фат / sino) t dt1T Y KZ K4 Ks Fat / sino) t dt

Ф2т Кз K4 K5 ЛF2t KZ K4 K5 L

Как видно из последнего выражени выходное напр жение Ue фильтра 8 нижнихAs can be seen from the last expression, the output voltage Ue of the lower filter 8

частот пропорционально только световому потоку от источника 2 излучени .frequencies are proportional only to the luminous flux from the radiation source 2.

Среднее же напр жение, обусловленное сторонними источниками излучени равно нулю..The average voltage due to external sources of radiation is zero ..

Таким образом достигаетс повышение помехоустойчивости фотодатчика и, как следствие, расшир ютс области его использовани как средства контрол при осуществлении различных технологическихThus, an increase in the noise immunity of the photosensor is achieved and, as a result, the areas of its use as a means of control in the implementation of various technological processes are expanded.

процессов.processes.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A photosensor comprising a radiation source, a radiation receiver, an amplifier,

a pulse shaper and a low-pass filter, characterized in that, in order to expand the scope by increasing the noise immunity, a current-limiting resistor is introduced into it

the input of the radiation source is connected to the supply AC bus, the current-voltage converter and the modulator, the output of the modulator is connected to the input of the low-pass filter, its control input is connected to the output of the pulse former, the input is connected to the output of the amplifier, and the output the radiation receiver is connected to the input of the amplifier through a current-voltage converter, shaper

pulses are made with the input of communication with the bus of the supply mains AC voltage,

G

1

ЬнгШЪ Т Ц 27 5 / 2Т

To element at times