Фотоприемное устройство

Фотоприемное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для контроля положения предметов в различных областях техники. Цель изобретения состоит в расширении диапазона интенсивности света. Фотоприемное устройство состоит из фотодиода 1, двух операционных усилителей 2 и 6, узла 4 нелинейной обратной связи, узла 7 смещения и двух резисторов 3 и 5. При появлении засветки фотодиод вырабатывает фототок, и на выходе первого усилителя формируется электрический сигнал. Этот сигнал пос.тупает на инверсный вход второго усилителя 6, на прямой вход которого подается сигнал смещения. Во втором усилителе 6 происходит сравнение двух сигналов , и при превышении первого над вторым формируется входной релейный сигнал устройства. Устройство обеспечивает большее усиление при малых засветках и регулирование ширины петли гистерезиса в зависимости от уровня засветки. 4 ил. с б СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 С 01 J 1/44

1 ,й

) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3955148/23-25 (22) 23.09.85 (46) 15.04.88. Вюл. № 14 (71) Опытное производственно-техническое предприятие "Уралчерметавтоматика" (72) В.А. Китаев и В.П. Луговых (53) 535.242(088.8) (56) Патент США ¹ 3879740, кл. G 01 J 5/30, опублик. 1975.

Заявка Японии ¹ 58-50456, кл. Н 03 К 17/78, опублик. 1983. (54) ФОТОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для контроля положения предметов в различных областях техники. Цель изобретения состоит в расширении диапазона интенсивности света. Фото1 приемное устройство состоит из фотодиода 1, двух операционных усилителей 2 и 6, узла 4 нелинейной обратной связи, узла 7 смещения и двух резисторов 3 и 5. При появлении засветки фотодиод вырабатывает фототок, и на выходе первого усилителя формируется электрический сигнал.

Этот сигнал поступает на инверсный вход второго усилителя 6, на прямой вход которого подается сигнал смещения. Во втором усилителе

6 происходит сравнение двух сигналов, и при превышении первого над вторым формируется входной релейный сигнал устройства. Устройство обеспечивает большее усиление при малых засветках и регулирование ширины петли гистерезиса в зависимости от уровня засветки. 4 ил.

1388733

Изобретение относится к фотометрии, а именно к фотометрическим датчикам, и может найти применение в автоматике, в частности для контроля положения металла в прокатном производстве, и других областях техники, где необходимо измерение и регистрация светового потока в широком диапазоне его интенсивности.

Целью изобретения является расширение диапазона интенсивности регистрируемого света.

На фиг. 1 приведена схема фотоприемного устройства; на фиг.2 рабочая характеристика первого опе- рационного усилителя устройства; на фиг. 3 — зависимости напряжения срабатывания (U ) и ширины петли гистерезиса (U) второго операционного усилителя от величины регулируемого резистора узла смещения; на фиг.4 — зависимость ширины петли гистерезиса второго операционного усилителя от уровня засветки фотодиода.

Фотоприемное устройство содержит фотодиод 1, первый операционный усилитель 2, первый резистор 3, узел 4 нелинейной обратной связи, второй резистор 5, второй операционный уси литель 6.

Фотодиод 1 подключен выводами к прямому и инверсному входам операционного усилителя 2, резистор 3 включен в цепь обратной связи операционного усилителя 2, узел 4 нелинейной обратной связи первым, вторым и третьим выводами включен между выходом и инверсным входом операционного усилителя 2 и общей шиной питания, второй резистор 5 включен между прямым входом операционного усилителя

2 общей шиной питания, второй операционный усилитель 6 подключен инверсным входом к выходу операционного усилителя 2, а прямым — к первому выводу узла 7 смещения, второй вывод которого подключен к выходу второго усилителя 6, а третий и четвертый выводы включены между шиной питания и общей шиной.

Узел 4 нелинейной обратной связи состоит из стабилитрона 8 и резистивного делителя напряжения, состоящего из резистора 9 и 10, выводы стабилитрона 8, резисторов 9 и 10 являются первым, вторым и третьим выводами узла 4 соответственно.

Для узла 4 на фиг. 2 показана зависимость выходного сигнала усилителя 2 от уровня засветок на фотодиоде 1. При необходимости более плавной зависимости узел выполняют в виде ряда аналогичных цепочек, параллельно подключенных к выводам узла и имеющих соответствующие напря— жения стабилизации стабилитронов 8.

Узел 7 смещения состоит из двух резистивных делителей напряжения, при этом первый делитель — из резисторов 11-13, где резистор 12 регулируемый, второй делитель — из резисторов 14 и 15, при этом точка соединения резисторов 14 и 15, другой вывод резистора 15, выводы резисторов

11 и 13 являются первым, вторым, третьим и четвертым выводами узла 7 соответственно.

Первый делитель напряжения определяет порог срабатывания усилителя

6, а второй — глубину положительной обратной связи этого усилителя. Пе— ременным резистором 12 (cM.фиг.3), являющимся общим элементом обоих делителей напряжения, регулировка порога срабатывания Ц„,, а также глубина обратной положительной связи 5U усилителя 6 производится параллельно. При полностью выведенном резисторе 12 (К, = О) резистор

13 определяет начальное значение о порога срабатывания (аП„,, фиг.З), а резистор 14 — начальное значение ширины петли гистерезиса усилителя 6 (ЬП, фиг. 3).

Такое выполнение узла 7 смещения обеспечивает зависимость выход— ного сигнала U e,„ (фиг.4) от уровня засветки фотодиода с релейной характеристикой и реГулируемой шириной петли гистерезиса, что обеспечивает надежность и достоверность работы устройства в целом, так как реализовано следующее соотношение: при малых уровнях засветки устройство допускает малые флюктуации, а при больших засветках — соответственные этим уровням засветок флюктуации. В противном случае (при больших уров— нях засветки и малых допустимых их флюктуациях при неизменной петле гис-терезиса) происходят ложные срабатывания устройства.

На фиг. 1 показаны резисторы 16 и 17 и стабилитрон 18, включение которых не является существенным приt 388733 знаком для предлагаемого устройства, но может быть применено для работы устройства (защита усилителя 6 от перегрузки по входу). Вьжодом уст5 ройства является выход усилителя 6, в качестве измерительного (линейного) может служить выход усилителя 2 °

Устройство работает следующим образом. 10

При появлении засветки (фиг.1) фотодиод 1 вырабатывает фототок, за счет которого усилитель 2 на своем выходе увеличивает потенциал до уровня, когда (с учетом отрицательной обратной связи через резистор 3) возмущающее воздействие фотодиода 1 на входе усилителя 2 уравновесится. При уровнях засветки от О до F (фиг.2) усилитель 2 будет работать на участке рабочей характеристики в диапазоне между точками

О и А. При уровне засветки больше FA на выходе усилителя 2 напряжение становится более Бд, при этом срабаты- 25 вает стабилитрон 8 и подключается дополнительная отрицательная обратная связь узла 4. Коэффициент передачи усилителя 2 уменьшается, что соответствует участку характеристики (фиг.2) между точками А и B. При засветках более F усилитель 2 насыщается, т.е. формирует максимальную амплитуду сигнала.

Выходной сигнал усилителя 2 поступает на инверсный вход усилителя 6, 35 на прямой вход которого подается сигнал смещения с узла 7. B усилителе 6 происходит сравнение двух сигналов — с усилителя 2 и с узла 7 сме40 щения и при превышении первого над вторым формируется выходной релейный сигнал устройства.

Использование предлагаемого изоб 45 ретения обеспечивает повышение температурной стабильности устройства за счет обеспечения работы фотодиода при практически нулевой разности потенциалов на его выводах, повыше50 ние достоверности выходных сигналов (за счет исключения ложных выходных сигналов). обеспечиваемой согласованным изменением глубины положительной обратной связи (ширины петли гистерезиса) формирователя выходных сигналов и порога его срабатывания, а также увеличение диапазона интенсивности измеряемого света, обеспечиваемого нелинейной отрицательной обратной связью первого усилителя фототока, обеспечивающего при малых входных сигналах большой коэффициент усиления и наоборот.

Таким образом, использование пред- лагаемого изобретения позволяет улучшить эксплуатационные воэможности устройства.

Формула изобретения

Фотоприемное устройство, содержащее фотодиод, первый и второй операционные усилители (ОУ), первый и второй резисторы, узел смещения, включающий третий и четвертый резисторы, причем фотодиод подключен к входам первого ОУ, между выходом и первым входом которого включен первый резистор, а между вторым входом и общей шиной питания включен второй резистор, выход первого ОУ соединен с первым входом второго ОУ, второй вход которого подключен к выходу узла смещения, вывод третьего резистора подключен к шине питания, а вывод четвертого резистора соединен с общей шиной, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона интенсивности регистрируемого света при наличии оптических помех, в него введен узел нелинейности, выполненный в виде последовательно соединенных стабилитрона и пятого резистора, включенных между выходом первого ОУ и общей шиной, точка соединения стабилитрона и пятого резистора через шестой резистор соединена с первым входом первого ОУ, в узел смещения введены седьмой регулируемый, восьмой и девятый резисторы, седьмой резистор включен между третьим и четвертым резисторами, к точке соединения третьего и седь.— мого резисторов подключен восьмой резистор, второй вывод которого является выходом узла смещения и через девятый резистор соединен с выходом второго ОУ.

1388733

Имх. 2

0 / вор

08alr.0

Составитель Н. Стукова

Техред M.Õîäàíè÷

Корректор Г. Рен етник

Редактор Э. Слиган

Заказ 1572/43 Тираж 499

ВН16!ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Впар 0

О фиГ2