SU440529A1 - Автоматическое светосигнальное устройство - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к сигнализации.

Областью его специального применени   вл ютс  светосигнальные устройства средств навигационного оборудовани , в частности свет щихс  морских вех.

Известно автоматическое светосигнальное устройство дл  морских вех типа ЭМ-25, которое содержит источник света - ма чную лампу накаливани , усилитель мощности, генератор проблесковой характеристики огн , световой выключатель и источник посто нного тока - гальванические марганцево-цинковые элементы. Устройство выполнено на бесконтактных элементах и имеет высокую надежность . Номинальное напр жение этого уст-ройства равно 6 в, так как в нем применена ма чна  лампа накаливани  6 в, 3 вт. Дл  его питани  собираетс  батаре  из нескольких соединенных последовательно гальванических элементов, каждый из которых имеет начальное напр жение 1,5-1,6 в и конечное предельное напр жение 0,7-0,8 в.

Дл  обеспечени  заданной видимости огн  вехи напр жение на лампе должно быть не ниже (чем на 10%) номинального значени , а дл  сохранени  номинального срока службы ма чной лампы напр жение источника тока не должно превышать номинальное значение более , чем на 10%. Таким образом, в результате этих требований напр жение гальванической оатареи в процессе всего срока автоматического действи  вехи должно оставатьс  в пределах 5,4-6,6 в. На практике дл  удовлетворени  этого требовани  приходитс  миритьс  в начале разр да батареи элементов с перенапр жением на ма чной лампе, что ведет к сокраш,ению ее срока службы, а также с недоразр дом гальванических элементов . Например, батаре  из шести последовательно соединенных элементов имеет начальное напр жение не ниже 9 в и может быть разр жена до 3,4 в, т. е. по 0,9 в на элемент (остаток энергии, которую можно было бы получить, разр жа  элементы до

0,7-0,8 в, не используетс ).

Световой выключатель известного устройства построен по схеме транзисторного усилител  с фоторезистором в базовой цепи. При измеиении окружающей освещенности измен етс  сопротивление фоторезистора и, следовательно , измен етс  и сопротивление транзистора , коллектор которого соединен с выходом генератора характеристики огн . Измен ющеес  сопротивление транзистора одновременно включено параллельно входной цепи усилител  мощности и запирает или отпирает его в зависимости от изменени  окружающей освещенности. В дневное врем  сопротивление фоторезистора мало, вход усилител  мощности П1унтирован, и лампа не горит

В темное врем  суток сопротивление фоторезистора увеличиваетс , усилитель мощности управл етс  импульсами генератора характеристики огн , синхронно которым включаетс  ма чна  ла.мпа.

Известное светосигнальное устройство дл  морских вех характеризуетс  низкой эффективностью использовани  энергии гальванических элементов, обусловленной невозможностью иолного их разр да; илавным изменением сопротивлени  транзистора светового выключател , привод щим к нестационарному иереходному) режиму в работе устройства , при котором нарушаетс  характеристика огн  и увеличиваетс  потребл ема  мощность; вли нием света ма чной ламиы на работу светового выключател , из-за чего ири эксплуатации необходимо иредусматривать специальные конструктивные меры, исключающие иоиадание света от ламиы на фоторезистор . Это приводит к уменьшению срока автономного действи  вех и снижению безопасности плавани .

Предлагаемое автоматическое светосигнальное устройство дл  морских вех содержит источник света, усилитель мощности, генератор характеристики огн , световой выключатель в виде транзисторного усилител  с фоторезистором и батарею гальванических элементов .

Особенностью предлагаемого устройства, обеспечивающей повышение эффективности использовани  энергии гальванических элементов ,  вл етс  то, что в нем применен включенный между генератором характеристики огн  и усилителем мощности соединенный с минусом гальванической батареи и выходом генератора характеристики огн  асимметричный мультивибратор, один из транзисторов которого коллектором соединен со входом усилител  мощности, а базой через варистор и резистор подключен к минусу батареи гальванических элементов и через тот же варистор и соединенные встречно-последовательно стабилитроны - к плюсу батареи. При этом дл  получени  релейного режима срабатывани  светового выключател  и дл  уменьшени  мощности, потребл емой устройством, световой выключатель выполнен по схеме двухкаскадного усилител  с положительной обратной св зью, к коллектору выходного транзистора которого подключен генератор характеристики огн , а эмиттеры обоих транзисторов соединены со средней точкой последовательной цепи , состо щей из стабилитрона, подключенного анодом к минусу, и резистора, подключенного к плюсу батареи гальванических элементов . Дл  исключени  вли ни  света ма чной лампы на работу светового выключател  фоторезистор включен между выходом усилител  мощности и входом светового выключател , шунтированным конденсатором.

На чертеже изображена принципиальна  электрическа  схема предлагаемого устройства .

Устройство содержит батарею 1 гальванических элементов, ма чную лампу накаливани  2, усилитель мощности 3, состо щий из ключевого транзистора 4, термистора 5, резистора 6 и входного транзистора 7, асимметричный мультивибратор 8 на транзисторах 9, 10, резисторах И, 12, 13, 14 и конденсаторах 15, 16, варистор 17, резистор 18, стабилитроны 19, 20, генератор характеристики огн  21

на транзисторах 22, 23, резисторах 24, 25, 26, 27 и конденсаторах 28, 29, световой выключатель 30 с транзисторами 31, 32, резисторами 33,34, 35, стабилитроном 36, резистором обратной св зи 37, конденсатором 38 и фоторезистором 39, а также параметрический стабилизатор 40, состо щий из последовательно соединенных стабилитрона 41 и резистора 42. При работе автоматического светосигнального устройства ток от батареи 1, составленной из восьми соединенных последовательно гальванических элементов (начальное наир жение батареи 12 в, конечное - 5,6 в), подВОДР1ТСЯ в ма чной лампе 2 через усилитель мощности 3, в частности через транзистор

4. Этот транзистор  вл етс  выходным каскадом усилител  мощности и работает в ключевом режиме. Эмиттерно-базовый переход транзистора 4 шунтирован термистором 5 дл  стабилизации ключевого режима ири

изменении температуры окружающего воздуха , а его базовый ток протекает через резистор 6 и транзистор 7. Последний выполн ет роль усилител  тока и одновременно  вл етс  фазоинвертором, обеспечивающим согласованную непосредственную св зь входа усилител  мощности 3 с выходом асимметричного мультивибратора 8. Транзистор 9 выходного плеча мультивибратора 8 в процессе автоматической работы устройства измен ет свое

состо ние от одного иредельного состо ни , при котором он посто нно з акрыт, до другого предельного состо ни , при котором он периодически открываетс  со скважностью 2 при частоте релаксации 300-400 Гц.

Посто нно закрытому состо нию транзистора 9 соответствует напр жение батареи 1, равное 5,6-6,0 в, а максимальной скважности его переключений соответствует напр жение 12 в. Б промежутке между двум  предельными состо ни ми скважность релаксационных колебаний аси.мметричного мультивибратора 8 измен етс  пр мо пропорционально изменению напр жени  батареи 1, обеспечива  посто нство потребл емой от батареи 1 электроэнергии и сохран   при этом номинальный режим работы ма чной лампы 2 при различных значени х подводимого к ней напр жени . Автоматическое изменение скважности в функции напр жени  батареи 1 обусловлено наличием св зи базы транзистора 9 через варистор 17 одновременно с резистором 18 и встречнопоследовательно соединенными стабилитронами 19, 20. Последние обеспечивают в точке соединени  их сваристором 17 посто нство напр жени  относительно плюса батареи 1 в

процессе ее разр да от начального до конечного значений напр жени , а также при изменении температуры окружающего воздуха. Таким образом, все превышение напр жени  батареи 1 над ее минимальным значением в 5,6 в прикладываетс  к резистору 18 и параллельно к нему подключенной цепи, состо щей из варистора 17 и эмиттерно-базового перехода транзистора 9.

Посто нное уменьшение напр жени  батареи 1 в процессе ее разр да приводит к уменьшению сопротивлени  варистора 17, а это ведет к уменьшению времени разр да конденсатора 15 за счет дополнительной цепи разр да, состо щей из варистора 17, резистора 18 и змиттерно-коллекторного перехода открытого в это врем  транзистора 10. В результате уменьшаетс  врем  открытого состо ни  транзистора 9, т. е. уменьшаетс  скважность переключений мультивибратора 8. Мультивибратор 8 получает питание (положительный потенциал) через генератор характеристики огн  21, и, следовательно, работает только в период проблесков огн . Генератор характеристики огн  21 представлен в виде мультивибратора, хот  принципиально в устройстве может быть использована люба  схема генератора характеристики огн  без изменени  существа устройства.

Генератор характеристики огн  21 получает питание через световой выключатель 30, который выполнен по двухкаскадной схеме усилител  посто нного тока, содержащего транзисторы 31, 32, резисторы 33, 34, 35 и стабилитрон 36, выполн ющий роль колекторно-базовой межкаскадной св зи, а также резистор 37 положительной обратной св зи. Сигналы на вход первого каскада усилител , шунтированный конденсатором 38, поступают от фоторезистора 39, который соединен с базой транзистора 32 и коллектором транзистора 4 усилител  мощности 3.

Питание светового выключател  30 осуществл етс  от параметрического стабилизатора 40, выполненного в виде последовательно соединенных резистора 42 и стабилитрона 41. Световой выключатель 30 имеет релейную характеристику срабатывани , обусловленную наличием в нем положительной обратной св зи (резистор 37) и стабилитрона 36. Днем при освещенности 300 лк и выше сопротивление фоторезистора 39 мало. Поэтому транзистор открыт, а транзистор 31 следовательно закрыт , и цепь управлени  ма чной лампой 2, включающа  в себ  генератор характеристики огн  21, асимметричный мультивибратор 8 и усилитель мощности 3, отключена. С наступлением темноты освещенность плавно уменьшаетс , а поэтому плавно увеличиваетс  сопротивление фоторезистора 39 и уменьшаетс  ток базы транзистора 32. С уменьшением тока базы транзистора 32 уменьшаетс  положительный потенциал на его коллекторе, постепенно ослабл   запирающее действие на стабилитрон 36. При освещенности пор дка 200 лк стабилитрон 36 открываетс , и световой выключатель 30 скачкообразно переходит в состо ние, при котором транзистор 32 закрыт, а транзистор 31 открыт. При этом, получив питание, цепь управлени  ма чной лампой 2 начинает работать , т. е. генератор характеристики огн  21 вырабатывает положительные пр моугольные импульсы, равные заданной длительности проблеска навигационного огн . Импульсы генератора характеристики огн  21 включают асимметричный мультивибратор 8, который либо пропускает эти импульсы к усилителю мощности 3, не прерыва  их (когда лапр жение батареи находитс  в пределах 5,6-6,0 в), либо прерывает их путем переключени  выходного транзистора 9 с различной скважностью (в зависимости от напр л ени  батареи в пределах от 6 до 12 в). Поступающие на вход усилители мощности 3, в частности на базу транзистора 7, положительные импульсы , прошедшие по цепи: плюс батареи 1, резистор 42, транзистор 31, транзистор 22, резистор 11, база транзистора 7, минус батареи 1, коммутируют ток базы ключевого транзистора 4, в коллекторную цепь которого включена ма чна  лампа 2. Когда транзистор 4 открыт, вход светового выключател  30 шунтируетс  и тем самым его действие блокируетс  с целью исключени  вли ни  света ма чной лампы 2 на фоторезистор 39. Однако лампа 2 излучает свет посто нно в течение всего проблеска, сформированного генератором характеристики огн , хот  ток в ее цепи прерываетс  с частотой переключений ассиметричного мультивибратора 8. С этой же частотой блокируетс  вход светового выключател  30, но последний не реагирует на свет лампы 2, так как конденсатор 38 шунтирует эмиттерно-базовый переход транзистора 32 на врем  выключени  транзистора 4 в пределах проблеска.

При плавном увеличении освещенности (во врем  восхода солнца), когда ее значение достигнет 300 лк, световой выключатель 3 под действием положительной обратной св зи (резистор 37) скачкообразно переходит в состо ние , при котором транзистор 32 открыт, а транзистор 31 закрыт. В этом положении устройство выключено. Далее при изменении освещенности работа устройства происходит аналогично описанному.

Автоматическое выключение огн  всегда происходит в момент паузы в характеристике огн . Это позвол ет использовать в устройстве любые схемы генератора характеристики огн  21, в том числе схемы с кодовым диском, управл ющим контактной группой, через которую поступают управл ющие сигналы в усилитель мощности 3, так как выключение огн  на день будет происходить всегда при разомкнутом контакте кодового диска.

Кроме оборудовани  вех, предлагаемое устройство может найти применение на береговых навигационных огн х морей, рек и озер.