RU9522U1 - Фоторегистратор движущейся метки - Google Patents

Abstract

1. Фоторегистратор движущейся метки, содержащий осветитель, оптическую фокусирующую систему, фотоприемник, блок обработки сигнала и генератор прямоугольных импульсов, соединенный с осветителем и блоком обработки сигнала, отличающийся тем, что оптическая фокусирующая система выполнена в виде по крайней мере одной сферической линзы, при этом осветитель, сферическая линза и фотоприемник последовательно расположены на одной оптической оси таким образом, что отраженный от исследуемого объекта световой сигнал попадает непосредственно на фотоприемник по той же оптической оси в обратном направлении.2. Фоторегистратор по п.1, отличающийся тем, что осветитель выполнен в виде точечного излучателя.3. Фоторегистратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что осветитель выполнен в виде кристаллического светодиода со спиленной до кристалла линзой.4. Фоторегистратор по п.1, отличающийся тем, что он содержит индикатор, соединенный с выходом блока обработки сигнала.5. Фоторегистратор по п.4, отличающийся тем, что индикатор выполнен в виде светодиода.

Description

iOTOPEHCTPATOP ДВИЖУЩЕЙСЯ iMBTKH

Полезная модель относится к облаотЕ лзшерений , а именЕо к изм)яющим yoTpouoTBeibt, в которых выходной, сигнал от датчика света паредаетая с использованием, оптических средств. Устройство предназначено для регистращш световых изменений., которые обнаруживаются, например, на вращающхся или колеблющихся предметах (метка на диске электросчетчика), малогабаритных световых предметах (светодиодах). В частности предлагаемая полезная модель является оптизсо-эдектронным контрольноизмерительным прибором для регулировки, и. поверки индукционьшх счетчиков электроэнергии, а также для дистанционного измерения потре:бления элшстроэеергии,

Известно устройство для распознавания метки на вращающемся диске, содержащее источник света, оптическую фокусирующую систему, состоящую из двух сферических линз и полупрозрачного зеркала, фотоприемник и блок обработки сигнала, фотоариемника /Заявка iPE i 3720102, G OID 5/30, Б89 г./. В данном устройстве авет от источника с. помощью первой сферической линзы и полупрозрачного зеркала направляется на боковую п.оверхность диска электросчетчика, от которого после отражеш1Я проходит через полупрозрачное зеркало и вторую сферическую линзу и. ЕОпадает на фотоприемник, от которого электрический сигнал поступает в блок обработки сигнала. Для уменьщения помех фотоприемник выполнен в качестве двух дифференциально включенных фотодетекторов,

Однако, в таком устройстве невозможно достаточно полно компенсировать помехи от внешних источников излучения и отра жений от защитного стекла и. щитка электросчетчика, т.к., как

G OID 5/30

WMF ж

правило, характеристики фотодетекторов неиделтичны, а и.х ассиметричное расположение не может обеспечить защиту от тех же. внешних воздействий, света.

Недостатком опи санного устройства является, также сложгность оптической, систешл. ж необходимость фокусировки изображения метки, на двух фотодетекторах.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому фоторегистратору ЕС совокупности при.знаков является фoтoэяeJcтpичeaacкий преобразователь для определения метки на диске индукционного электросчетчика, который содержит осветитель, цилиндрическую линзу, фотоприемник, блок обработки сигнала и. генератор прямоугольных импульсов /Патент РФ J 20IOI6I, G 011)5/30,Б94 г./. В данном, устройстве световой поток от осветителя проходит через цилиндрическую линзу и. по падает на исследуемый объект, а после отражения от него вновь проходит через цилиндрическую линзу, но под другим углом, Далее отраженный световой поток попадает на фотопр емник, в котором преобразуется, в электрический сигнал, и поступает в блок обработки сигнала,, в котором при высвечивании, метки срабатывает пороговое устройство, выходной, сигнал которого регистри-руется. Цилиндри ческая. линза выполняется с разделяющей, ее пополам, специальной шторкой, которая. служи.т для защиты от влияния лишних отражений от счетчика.

В описанном устройстве, несмотря на кажущуюся простоту опти-ческой схемы, наблюдается ее усложненность, а также невозможность достижения указанного ниже технического результата. Так, применение цилиндрической линзы создает излишнюю громоздкость всей конструкции, невозможность миниатюриза- 3 ций npib6opa и расширения его техно логических возможностей. Шлиндри-ческая линза сама по себе не может обепечить

хорошую фок сировку Для улучшения фокусировки данной, схемы потребуется увеличение габаритов и. усложнение оптической фокусирующей системы, В данной, схеме вместо необходимого точечного пятна образуется полоса около 2 см, т.е мощность из: чаемого сигнала расходуется в большей, мере впустую

Недостатком прототипа является ограниченная рабочая зона, которая составляет от О до I см. Введе.ни.е дополнительной шторки требует соприкосновения с и.сследуемым объектом и соответственйо еще усложняет конструкцию.

Таким о бразом описанное выше устройство является малом.ощным и ограничено для эксплуатации.

Задачей заявляемой полезной модели является:

-упрощение оптшческоЕ систеж: и в целом всего устройства;

-улучшение технических способностей при.бора и. расширение, его технологических возможностей за счет улучшения фокусировки и увеличения мощности светового сигнала, увеличения отношения сигнал/шум что обеспечит надежность регистрации, и устойчивость работы моделЕ.

Поставленная задача решается с помощью нового устройства фоторегистрациж движущейся метки, в котором содержатся осветитель, оптическая фокусирующая система, фотоприемник, блок обработки, сигнала и соединенный с последним и с осветителем, генератор прямоугольных импульсов, а в отли.чии от прототипа оптическая фокусирующая система выполнена в виде, по крайней мере, одной сферической линзы, причем, осветитель, сферическая линза и фотопри.емник последовательно расположены на одной оп.с,

- 4 тЕческой оси таким образом, что отраженный, от исследуемого

объекта световой сигнал попадает непосредственно на фотоприемник по тай- же, оптической оси в обратном, направлении.

Целесообразно выполнить осветитель в виде точечного излучателя, способного выдавать наиболее концентрированный, мощный световой сигнал.

В настоящее время для изготовления нужного количества приборов с использованием существующей элементной базы целесообразно применить в качестве осветителя кри.сталл11ческий. светодиод в котором спиливается линза, образованная на кристалле при изготовлеши светодиода. Такая обработка готового светодиода форми.рует почти идеальный точечный излучатель.

Для удобства работы с визуальным коетролем. фоторегистатор выполнен с индшсатором подключенным к выходу блока обработки сигнала. Индикатор также удобно выполнить в виде светодиода.

В предлагаемой полезной модели довольно простая схема оптжческой фокусировки за счет использования сферической линзы без каких-либо дополнительных приспособлений. Такие линзы обеспечивают хорошую фокусировку, весьма распространены в производстве и наиболее пригодны для миМйаянаразации,

Последовательная установка на одной оптической оси осветителя, линзы, и фотоприемника, кроме упрощения схемы, позволяет световому потоку от осветителя проходить через сферическую

об.бгАуть,, линзуГУфотопри.емник и далее на исследуемую поверхность, затем

отражаться от see и возвращаться в фотоприемнив п.о тому же пу ти, но в обратном направлении, что приводит к уменьшению хода луча от излучателя до приемника. Такое расположение оптических элементов позволяет создать дополнительный эффект фокусировки луча, а также увеличить световой поток благодаря дополнитель- 5 ной работы фотоприемника в качестве фокусирующего элемента, дополняющего фокусировку еферической ЛИНЗЕ, - работает линза фотоприемника при пропускании .отраженного света.

Усилени а светового потока и улучшение его фокуси-ровки. ведет к ульучшйншо работы при;бора, создает возможность использования в условиях повышенных внешних п.ом.ех в вида световых излучений., а также расширить рабочую зону прибора Если в прототипе, необходшю для регистрации метки на дисде счетчика почти вплотную приставит.ь прибор к защитному стеклу, то рабочая зона предлагаемого увелшчена до 4-6 см.

Улучшить фокусировку можно,применяя в качестве оптжческой фокусирующей, систшш нескольких сферических линз. Оптимальный вариант м.ожат быть, когда две выпуклые сферические линзы склеены между собой. При. этом у .них могут быть различные фокусные расстояния. Возмсжно применение цельной двояковыпуклой линзы.

Сущность предложенной п.олезной модели поясняш ся чертежами; на фигЛ представлена общая схема фоторегистратора движущейся метки и его расположе.ние относительно электросчетчика, а на фиг,2 - оптическая схема, поясняющая ход лучей от осветЕтеля и отраженных от объекта.

€оторегистратор на фиг.1 содержит располсженны.е на одной оптической оси. осветитель I, сферическую линзу 2 и. фотоприемнш 3, а также блок обработки сигнала 4, генератор прямоугольных импульсов 5 и индикатор 6. Блок обработка сигнала содержит последовательно соединеннные усилитель переменного тока 7, си.нхронный детектор 8, усилитель постоянного тока 9 и пороговое устройство 10, выход которого подключен к индикатору 6. Выход генератора прямоугольных импульсов 5 соединен со входом осветителя I и вторым, входом синхронного детектора 8. Щфрами II

обозначена метка на диске 12 электросчетчика, 13 - щиток с прорещ,ью для. выступающей, из него части диска 12, 14 - стекло защитное элактросчетчика.

В качестве осветителя I используется светодиод, который, в частноати. выполняется точечным и и.зготавливается из кристаллического све/ЕодЕОда, в котором спилина наплавледная линза до кристалла что обеспечивает направленный поток, при. котором практи1чески исчезает размытость видимого пятна на джске счетчика.

В качестве линзы 2 показаны склеенные вместе две сферическиа вып-уклые линзы. §отоприемник выполняется в виде, фотодиода, в котором приемная часть работает в качестве дополнительной фокусирующей линзы., а обращенная к оеветителю непрозрачна.

В блоке обработки сигнала 4 в качестве синхронного детектора 8 используется аналоговое умножащщее устройство с фильтром низких частот, а пороговое устройство 10 выполнено в виде триггера Шмитта. 1/шдикавор 6 выполнен в виде светоди.ода.

На фиг,2 показана оптическая схема расположения аветоди.ода I, линзы 2 И- фотодиода 3 по отношению к электросчетчику, к. жоверхностм: его защитного стекла 14 и к плоскости, диска 12. При. эксплуатации целесообразно приближать фотореги-стратор таким образом чтобы оптическая ось излучения находилась в плоскости диска 12, была направлена на его боковую поверхность, на которой. находи,тся метка II, и составляла с поверхностью защитного стекла 14 угол 90° 20 Такое отклонение луча предох|1аняет фотодиод от сильного прямого отражения света, который может прИ:вестж в насыщение его фотоэлемент.

- 6 7

метки II. Генератор прямоугольных импульсов 5 выдает, иьшулъсы ВЫО.ОКОЙ частоты (прмерно 100 кГц), которые поступают на вход оаветителя-светодаюда I и второй вход синхронного детектора 8. Импульсное излучение от светоди.ода I проходит через сферическую линзу 2, где фоку сиру етая, затем, минуя фотоди.од 3, поступает на выступающую прорези щитка 13 часть боковой, доверхностИ: диска 12, отражается от Еее и возвращается по же пути в качестве отраженного света, поступая на вход фотодиода 3, где фокусируется его линзой. ПрИ: этом ход луча noj чается предельно коротким. §отодиод 3 преобразовывает световой сигнал в электрический., который передается на усилитель переменного тока 7, даоьее в синхронный детектор 8, в котором сигнал преобразовывается под воздействи ем импульсов с генератора прямоугольных импульсов 5 в постоянный ток ж поступает в пороговое устройство 10, которое срабатывает при уровне выходного напряжения усдлителя 9, еоответствующему световому сигналу, отграженному от метки II. Сигнал с выхода порогового устройства 10 зажигает индикатор-светодиод 6.

Вышеизложенные сведения подтверждают очевидную промышленщгю применимость заявленной п.ол:езной модели. Схема устройства достаточно проста ж иозволает обеспечить кзсокую фокусировку луча для регистрации метки. Точечное пятно на исследуемой поверхности, получается от 2 мм до 15 мм, что требуется для надежной и устойчивой работы, прибора. При. этом, мощность светового потока с. хорошей фовд сировкой дают возможность не входить в соприкосновение С; объектом, что расширяет область применения устройства, позволяет работать в условиях повышенных внешних световых помех, где и звестныешржборы не применимы.

Claims (5)

1. Фоторегистратор движущейся метки, содержащий осветитель, оптическую фокусирующую систему, фотоприемник, блок обработки сигнала и генератор прямоугольных импульсов, соединенный с осветителем и блоком обработки сигнала, отличающийся тем, что оптическая фокусирующая система выполнена в виде по крайней мере одной сферической линзы, при этом осветитель, сферическая линза и фотоприемник последовательно расположены на одной оптической оси таким образом, что отраженный от исследуемого объекта световой сигнал попадает непосредственно на фотоприемник по той же оптической оси в обратном направлении.

2. Фоторегистратор по п.1, отличающийся тем, что осветитель выполнен в виде точечного излучателя.

3. Фоторегистратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что осветитель выполнен в виде кристаллического светодиода со спиленной до кристалла линзой.

4. Фоторегистратор по п.1, отличающийся тем, что он содержит индикатор, соединенный с выходом блока обработки сигнала.

5. Фоторегистратор по п.4, отличающийся тем, что индикатор выполнен в виде светодиода.