SU1255860A1

SU1255860A1 - Photoelectric sensor of objects

Info

Publication number: SU1255860A1
Application number: SU843828776A
Authority: SU
Inventors: Василий Иванович Верютин; Владимир Алексеевич Петрушов
Original assignee: МВТУ им.Н.Э.Баумана
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1986-09-07

Abstract

Изобретение может быть использовано при исследовании аэродинамических качеств автомобилей методом выбега и калибровке спидометров. Целью изобретени вл етс повьше- ние чувствительности и помехозащищенности датчика в услови х сложной фоновой засветки. В устройство, содержащее фотоприемник 1, усилители 2 и 3, источник 5 света, регистрирующий блок 6, генератор 7 сигналов , дл достижени цели введены детектор 10 (Д), фильтр И нижних (ЛThe invention can be used in the study of the aerodynamic qualities of the car by the method of coasting and calibration of speedometers. The aim of the invention is to increase the sensitivity and noise immunity of the sensor under conditions of complex background illumination. A device containing a photodetector 1, amplifiers 2 and 3, a light source 5, a recording unit 6, a signal generator 7, a detector 10 (D), a filter And lower (L

Description

/W/ W

юYu

ел елate

00 Од00 od

частот (ФНЧ), компаратор 12, источник 13 опорного напр жени , блок 14 стабилизации амплитуды.сигнала. Генератор сигналов содержит операционный усилитель I5, резисторы 16, 19-21, конденсаторы 17 и 18, полевой транзистор 22, Блок 14 стабилизации содержит ФНЧ 24, Д 23, элемент 23 сравнени , источник 26 опорного напр ж«1- ни . с целью увеличени дальности действи датчика путем концентрацииfrequency (LPF), the comparator 12, the source 13 of the reference voltage, block 14 stabilization of the amplitude of the signal. The signal generator contains an operational amplifier I5, resistors 16, 19-21, capacitors 17 and 18, field-effect transistor 22, Stabilization unit 14 contains LPF 24, D 23, reference element 23, reference voltage source 26. in order to increase the range of the sensor by concentrating

1one

Изобретение относитс к автоматике и измерительной технике и может быть использовано при исследовании аэродинамических качеств автомобилей методом выбега и калибровке спидометров .The invention relates to automation and measurement technology and can be used in the study of the aerodynamic qualities of cars by the method of coasting and calibration of speedometers.

Целью изобретени вл етс повышение чувствительности и помехозащищенности датчика в услови х сложной фоновой засветки.The aim of the invention is to increase the sensitivity and noise immunity of the sensor under conditions of complex background illumination.

На чертеже приведена блок-схема устройства.The drawing shows a block diagram of the device.

Фотоэлектрический датчик объектов содержит фотоприемник 1, первый и второй усилители 2 и 3, освещаемый объект 4, источник 5 света, регистрирующий блок 6, генератор 7 сигналов , первую и вторую оптические линзы 8 и 9, детектор 10, фильтр 11 нижних частот, компаратор 12, источник 13 опорного напр жени , блок 14 стабилизации амплитуды сигнала, причем фотоприемник 1 и источник 5 света расположены так, что при по вл€;нии объекта 4 в зоне чувствительности фотоэлектрического датчика объектов световой поток источника 5 света, отража сь , от объекта 4, попадает на фотоприемник 1, выход фотоприемника 1 подключен к входу первого усилител 2, выход которого соединен с первым входом генератора 7 сигналов, выход которого через второй усилитель 3 соединен с источником 5 света,, с входом детектора 10 и с входом блока 14 стабилизации амплитуды сигнала выход которого соединен с управл юсветовой энергии в луче введены оптические 8 и 9. Фотоэл ектрк- ческий датчик устанавливают на автомобиле . На полотне дороги нанос т метки в виде отражаю1 у х полос - объект 4, Изобретение позвол ет использовать схему генератора 7 сигналов как дл усилени сигнала, так и дл питани источника 5 света, обход сь всего лишь одной частотно- избирательной цепочкой. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.The object photoelectric sensor contains a photodetector 1, the first and second amplifiers 2 and 3, the illuminated object 4, the light source 5, a recording unit 6, a signal generator 7, the first and second optical lenses 8 and 9, the detector 10, a low-pass filter 11, a comparator 12 , the source 13 of the reference voltage, block 14 stabilize the amplitude of the signal, and the photodetector 1 and the source 5 of the light are located so that when an object 4 appears, in the sensitivity zone of the photoelectric sensor of the objects the light flux of the source 5 light, reflected from the object 4 hits to the photodetector 1, the output of the photodetector 1 is connected to the input of the first amplifier 2, the output of which is connected to the first input of the signal generator 7, the output of which through the second amplifier 3 is connected to the light source 5, to the input of the detector 10 and the output amplitude stabilization unit 14 which is connected to the control light energy, optical 8 and 9 are introduced in the beam. The photoelectric sensor is mounted on the vehicle. On the roadbed, marks are placed in the form of reflections in x bands - object 4. The invention makes it possible to use a signal generator circuit 7 for both amplifying the signal and powering the source 5 of light, bypassing only one frequency-selective chain. 3 hp ff, 1 ill.

-щим входом генератора 7 сигналов, выход детектора 10 подключен через фильтр 11 нижних частот к первому- входу компаратора 12, второй вход ко- 5 торого соединен с выходом источника 13 опорного напр жени , выход компаратора 12 соединен с входом регистрирующего блока 6.the search input of the signal generator 7, the output of the detector 10 is connected through a low-pass filter 11 to the first input of the comparator 12, the second input of which is connected to the output of the source 13 of the reference voltage, the output of the comparator 12 is connected to the input of the recording unit 6.

Генератор 7 сигналов содержит опе10 рационный усилитель (ОУ) 15, резистор 16 и конденсатор 17 (последовательна цепочка моста Вина), конденсатор 18 и резистор 19 (параллельна цепочка моста Вина), резисторы 20 иThe signal generator 7 contains an operational amplifier (OA) 15, a resistor 16 and a capacitor 17 (the Win bridge circuit is sequential), a capacitor 18 and a resistor 19 (the Win bridge bridge is parallel), the resistors 20 and

5 21 (цепь отрицательной обратной св зи) и полевой транзистор 22, причем первые выводы резистора 16 и конденсатора 17 соединены с первым входом генератора 17 сигналов, второй5 21 (negative feedback circuit) and the field-effect transistor 22, with the first terminals of the resistor 16 and the capacitor 17 connected to the first input of the signal generator 17, the second

20 вывод конденсатора 17 соединен с неинвертирующим входом ОУ 15 и с первыми выводами конденсатора 18 и резистора 19, вторые выводы которых20 the output of the capacitor 17 is connected to the non-inverting input of the op-amp 15 and to the first terminals of the capacitor 18 and the resistor 19, the second terminals of which

соединены с общей шиной, с первьм вы25 водом резистора 20 и со стоком полевого транзистора 22, исток которого соединен с вторым выводом резистора 20, с инвертирующим входом ОУ 15 и с первым выводом резистора 21, вто30 рой вывод которого соединен с выходом ОУ 15, с вторым выводом резистора 16 и с выходом генератора 7 сигналов , управл ющий вход которого соединен с затвором полевого транзисто35ра22 . connected to the common bus, to the first pin of the resistor 20 and to the drain of the field-effect transistor 22, the source of which is connected to the second output of the resistor 20, to the inverting input of the op-amp 15 and to the first output of the resistor 21, the second output of which is connected to the output of the op-amp 15, c the second output of the resistor 16 and with the output of the signal generator 7, the control input of which is connected to the gate of the field effect transistor 35.

Блок 14 стабилизации амплитуды сигнала содержит детектор 23,фильтрBlock 14 stabilization of the amplitude of the signal contains the detector 23, the filter

24 нижних частот, элемент 25 сравнени и источник 26 опорного напр жени , причем вход блока 1А стабилизации амплитуды сигнала через последовательно соединенные детектор 23 и фильтр 24 нижних частот соединен с первым входом элемента 25 сравнени , второй вход которого соединен с выходом источника 26 опорного напр жени , а выход соединен с выходом блока 14 стабилизации амплитуды сигнала .24 low frequencies, a comparison element 25 and a voltage source 26, and the input of the signal amplitude stabilization unit 1A is connected via a series-connected detector 23 and low-pass filter 24 to the first input of the comparison element 25, the second input of which is connected to the output of the voltage reference source 26 and the output is connected to the output of the block 14 stabilizing the amplitude of the signal.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Фотоэлектрический датчик устанавливаетс на автомобиле. На полотне дороги или сбоку нанос тс метки в виде отражающих полос, которые будем называть объектом. 4. При попадании оптической оси датчика на объект 4 световые лучи от источника 5 отражаютс от объекта и попадают на фотоприемник 1.A photoelectric sensor is mounted on the vehicle. Labels in the form of reflective stripes, which will be called an object, are marked on the roadbed or on the side. 4. When the optical axis of the sensor hits the object 4, the light rays from the source 5 are reflected from the object and fall on the photodetector 1.

Линзы 8 и 9 служат дл концентрации световой энергии лучей, что позвол ет значительно увеличить рассто нке от датчика до объекта при сохранении значительной величины отраженного от объекта сигнала. Дл увеличени дальности действи датчика в качестве объекта 4 можно применить световозвращатель.Lenses 8 and 9 serve to concentrate the light energy of the rays, which makes it possible to significantly increase the distance from the sensor to the object while maintaining a significant amount of the signal reflected from the object. To increase the range of the sensor as an object 4, a retroreflector can be used.

При отсутствии объекта лучи источника 5 света практически не попадают на фотоприемник 1 и генератор 7 сигналов за счет обратной св зи генерирует колебание определенной амплитуды.In the absence of an object, the rays of the light source 5 practically do not fall on the photodetector 1 and the signal generator 7 generates a certain amplitude oscillation due to feedback.

При встрече с объектом 4 световой поток, идущий от источника 5 света, отражаетс от объекта 4 и попадает на фотоприемник 1 . Далее сиг- нал поступает на первый усилитель 2, представл ющий собой каскадньй усилитель .When meeting with object 4, the luminous flux coming from the source 5 of the light is reflected from object 4 and falls on the photodetector 1. Then the signal goes to the first amplifier 2, which is a cascade amplifier.

Работа генератора 7 сигналов со стабилизацией амплитуды колебаний ;отличаетс тем, что достаточно малей щих добавлений энергии в частотно- избирательную цепь генератора, чтобы амплитуда колебаний на выходе генератора возросла, в случае совпадени фазы генерируемых колебаний и пришедших от фотоприемника 1, или уменьшилась, в случае несовпадени фазы генерируемых колебаний и сигналов от фотоприемника 1.The operation of the signal generator 7 with stabilization of the amplitude of oscillations is characterized by the fact that only small additions of energy to the frequency-selective circuit of the generator are enough for the oscillation amplitude at the output of the generator to increase if the phase of the generated oscillations coincides with those from the photodetector 1, or decreases phase mismatch of the generated oscillations and signals from the photodetector 1.

558604558604

Поэтому при встрече оптической оси фотоприемника 1 с объектом 4.сигнал источника 5 излучени попадает на фотоприемник 1, проходит через 5 усилитель 2 и воздействует на частотно-зависимую цепь генератора 7 сигналов , увеличива или уменьша при этом амплитуду сигнала на его выходе, а следовательно, и в тракте обработ10 ки сигнала.Therefore, when the optical axis of the photodetector 1 meets the object 4. the signal of the radiation source 5 hits the photodetector 1, passes through 5 amplifier 2 and acts on the frequency-dependent circuit of the signal generator 7, increasing or decreasing the amplitude of the signal at its output, and therefore and in the signal processing path.

Схема устройства построена таким образом, что посто нна времени фильтра 24 нижних частот значительно больше посто нной времени фильтра 11The device is constructed in such a way that the time constant of the low pass filter 24 is significantly longer than the time constant of the filter 11

15 нижних частот. Поэтому в случае изменени амплиту.ды генерируемых колебаний первой срабатывает цепь, состо ща из детектора 10, фильтра 11, компаратора 12, источника 13 опорно-15 low frequencies. Therefore, in the case of a change in the amplitude of the generated oscillations, the first circuit is triggered, consisting of detector 10, filter 11, comparator 12, source 13

20 го напр жени и регистрирующего блока 6, вызвав изменение сигнала на выходе компаратора 12, а следовательно , и запись указанного состо ни ко мпаратора в регистрт-;рующий блок 6.20th voltage and the recording unit 6, causing a change in the signal at the output of the comparator 12, and consequently, writing the indicated status of the comparator to the register- ing unit 6.

25 в зависимости от того, уменьшает- с или увеличиваетс амплитуда колебаний генератора 7 сигналов при встрече пучка света с объектом 4, задаетс и величина напр жени источника25, depending on whether the amplitude of oscillations of the signal generator 7 is increased or increased when a beam of light meets an object 4, the magnitude of the source voltage is also set

30 13 опорного напр жени . В случае возрастани сигнала генератора 7 сигналов величина напр жени источника 13 опорного напр жени выбираетс несколько вьщ1е значени напр жени на30 13 reference stress. In the case of an increase in the signal of the signal generator 7, the voltage value of the source 13 of the reference voltage is chosen to be several higher values of voltage

3 выходе фильтра 11 нижних частот при отсутствии объекта в поле зрени оптической системы датчика.3 is the output of the low pass filter 11 in the absence of an object in the field of view of the optical system of the sensor.

В случае снижени сигнала генератора 7 сигналов, величина напр жени In the case of a decrease in the signal generator signal 7, the voltage

40 источника 13 опорного напр жени выбираетс несколько ниже значени напр жени на выходе фильтра 11 нижних частот при отсутствии объекта в поле зрени оптической системы датчика.40 of the source 13 of the reference voltage is chosen slightly below the value of the voltage at the output of the low-pass filter 11 in the absence of an object in the field of view of the optical system of the sensor.

45 Применение второго усилител 3 со значительным коэффициентом усилени (пор дка нескольких сотен) позвол е значительно увеличить чувствительность частотно-избирательной цепи к45 The use of a second amplifier 3 with a significant gain (on the order of a few hundred) makes it possible to significantly increase the sensitivity of the frequency-selective circuit to

50 сигналам, поступающим от фотоприемника 1, а следовательно, и увеличить общую чувствительность датчика.50 signals from the photodetector 1, and, consequently, to increase the overall sensitivity of the sensor.

Подключение выхода первого усилител 2 именно к точке соединени кон55 денсатора 17 и резистора 16, образующих последовательную цепочку моста Вина, позвол ет практически полностью устранить вли ние посто нной составл ющей светового потока на работу устройства, а также снизить вли ние импульсных помех и сигналов частот, не равных частоте резонанса частотно избирательной цепи генератора.Connecting the output of the first amplifier 2 to the connection point of the capacitor 17 and the resistor 16, forming a sequential Wien bridge chain, makes it possible to almost completely eliminate the influence of the constant component of the light flux on the operation of the device, as well as reduce the influence of impulse noise and frequency signals not equal to the resonance frequency of the frequency-selective generator circuit.

Кроме того, предлагаемое техническое решение позвол ет использовать- схему генератора 7 сигналов как дл усилени сигнала, так и дл питани источника 5 излучени , обход сь всего лишь одной частотно- избирательной цепочкой Таким образом , отпадает необходимость в подстройке частоты генератора и резонансного усилител .In addition, the proposed technical solution allows to use a signal generator circuit 7 for amplifying the signal and for supplying the radiation source 5, bypassing only one frequency-selective chain. Thus, there is no need to adjust the frequency of the generator and the resonant amplifier.

Claims

Invention Formula

I. A photoelectric sensor of objects containing an A-receiver, a first and second amplifiers, a light source, a recording unit and a signal generator, the photo-receiver and the light source are arranged so that when an object appears in the sensitivity zone of the photoelectric sensor of objects, the light flux of the light source reflects object, falls on a photodetector, the output of which is connected to the input of the first amplifier, and the output of the signal generator is connected to a light source through a second amplifier, characterized in that, in order to increase and sensitivity and noise immunity of the sensor under the conditions of complex background illumination, a detector, a low-pass filter, a comparator, a reference voltage source, a signal amplitude stabilization unit are inputted, the output of the first amplifier is connected to the first input of the signal generator, the output of the second amplifier is connected to the input the detector a and to the input of the amplitude stabilization unit of the signal, the output of which is connected to the control input of the signal generator, the output of the detector is connected via a low-pass filter to the first input of the comparator ora, a second input coupled to an output source of the reference voltage, and the comparator output is connected to the input of the recording unit.

2. Pop-1 sensor, which differs from the fact that the signal generator contains an operational amplifier, four resistors, two capacitors and a field-effect transistor, the first terminals of the first capacitor and the resistor being connected to the first input of the signal generator, the second output of the first the capacitor is connected to the non-inverting input of the operational amplifier and the first terminals of the second contact of the 5th capacitor and the resistor, the second terminals of which are connected to the common bus, the first pin of the third resistor and the drain of the field-effect transistor with the second output of the third resistor, with the inverting input of the operational amplifier and with the first output of the fourth resistor, the second output of which is connected to the output of the operating amplifier 5 l, with the second output of the first resistor and with the output of the signal generator, the control input of which is connected to the gate of the field-effect transistor .

3. Pop-1 sensor, characterized by the fact that the signal amplitude stabilization unit contains a detector, a low-pass filter, a reference element and a voltage source, and the input of the signal amplitude stabilization unit through a serially connected detector and bottom filter The frequencies are connected to the first input of the reference element, the second input of which is connected to the output voltage of the HCTq4HHKa reference voltage, and the output is connected to the output of the signal amplitude stabilization unit.

4. The POP.1 sensor, which differs from the fact that, in order to increase its range by concentrating the light energy in the beam, two optical lenses are introduced into it, and in the focus of one of them is the light source, and in the focus the other is a photodetector.