оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий

Формула изобретения

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ НАГРЕТЫХ ИЗДЕЛИЙ, содержащее вибрационный сканатор, фотоприемник, усилитель фототока, блок автоматической регулировки усиления, триггер Шмитта, индикатор и блок автоматической стабилизации уровня шумов, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, блок автоматической регулировки усиления выполнен в виде подключенной к выходу усилителя фототока последовательной цепи из нелинейного элемента, пикового детектора и транзисторного усилителя, подключенного параллельно резистору усилителя фототока, а блок автоматической стабилизации уровня шумов выполнен в виде подключенной к выходу усилителя фототока последовательной цепи из пикового детектора, подключенного общей точкой к положительной шине питания, и усилителя, соединенного через резистор с входом усилителя фототока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения геометрических параметров нагретых изделий, и может быть использовано при измерении и контроле проката, поковок и обечаек.

Известны адаптивные оптико-электронные помехоустойчивые устройства, параметры которых автоматически изменяются в зависимости от поступающей информации как от внешней среды, так и от самого устройства [1]. Одно из таких устройств содержит фотоприемники фонового излучения и основного канала, пороговое устройство и управляемую диафрагму с приводом. В этом устройстве управляемая диафрагма регулирует световой поток, поступающий на фотоприемники и тем самым повышает надежность устройства.

Однако это устройство применимо для задач распознавания образов и использовать его для повышения надежности измерительных систем в машиностроении не представляется возможным.

Наиболее близким по технической сущности является оптико-электронное измерительное устройство [2], содержащее вибрационный сканатор, фотоприемник, усилитель фототока, триггер Шмитта, фильтр низкой частоты, индикатор, блок автоматической регулировки усиления, выполненный в виде последовательной цепи из пикового детектора, дифференциального усилителя, к которому подключен фотоприемник с резистором нагрузки, и блок автоматической стабилизации уровня шумов, выполненный в виде RC-цепи, соединяющей делитель напряжения, подключенный к выходу усилителя фототока, с инвертирующим входом усилителя, и двух ключей один из которых подключен к выходу усилителя фототока и инвертирующему входу усилителя фототока, а другой - параллельно входному резистору делителя, а управляющие входы ключей соединены с блоком питания через триггер Шмитта и два ждущих мультивибратора. Это устройство выбрано в качестве базового объекта.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции, а следовательно, эксплуатации и настройки, поскольку это устройство содержит два времязадающих устройства (одновибраторы) и два ключа. При изменении параметров одновибратора, а следовательно, и их времен срабатывания измерительное устройство может оказаться неработоспособным. Кроме того, блок автоматической регулировки усиления управляет напряжением питания фотоприемника, что и определяет только один режим работы фотоприемника, и поэтому, например, не может быть использован генераторный режим работы фотодиода, при котором фотодиод имеет максимальное отношение сигнал/шум, и пироэлектрический приемник излучения, работающий в инфракрасной области спектра.

Целью изобретения является упрощение конструкции устройства.

Это достигается тем, что в оптикоэлектронном устройстве для измерения нагретых изделий, содержащем вибрационный сканатор, фотоприемник, блок автоматической регулировки усиления, триггер Шмитта, индикатор и блок автоматической стабилизации уровня шумов, блок автоматической регулировки усиления выполнен в виде подключенной к выходу усилителя фототока последовательной цепи из нелинейного элемента, пикового детектора и транзисторного усилителя, подключенного параллельно резистору усилителя фототока, а блок автоматической стабилизации уровня шумов выполнен в виде подключенной к выходу усилителя фототока последовательной цепи из пикового детектора, подключенного общей точкой к положительной шине питания, и усилителя, соединенного через резистор с входом усилителя фототока.

Указанное отличие позволяет значительно упростить конструкцию, эксплуатацию и наладку измерительного устройства, поскольку в нем отсутствуют времязадающие и коммутирующие элементы. В предложенном устройстве могут быть использованы все существующие фотоэлектрические приемники информации. Кроме того, в устройстве используется вся зона обзора.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - время-импульсная диаграмма, поясняющая его работу.

Напротив нагретого изделия 1 установлен оптико-механический узел устройства, состоящий из объектива 2, вибрационного сканатора 3, представляющего собой колеблющееся зеркало, электрического генератора 4, являющегося энергетическим источником колебаний, и фотоприемника с щелевой диафрагмой 5, установленных в плоскости изображения объектива. Фотоприемник 5 подключен через резистор нагрузки R_н к усилителю 6 фототока, выполненного на основе операционного усилителя. Резистор R₁совместно с резистором R₂ образуют делитель напряжения, который и определяет коэффициент усиления усилителя 6 фототока К_у = + 1.

К усилителю фототока подключен триггер Шмитта 7 со стрелочным индикатором 8, который выполняет также функцию фильтра низкой частоты. Усилитель фототока охвачен блоком автоматической регулировки усиления (АРУ), осуществляющим стабилизацию амплитуды импульсов напряжения на выходе усилителя. Блок АРУ содержит пиковый детектор с нелинейным элементом 9, усилитель на полевом транзисторе 10, подключенный параллельно резистору R₂. Нелинейный элемент, в данном случае диод, выполняет не только функцию вентиля, но и задающего элемента, поскольку на вольтамперной характеристике имеется горизонтальный начальный участок, который и определяет величину задающего напряжения.

Кроме того, усилитель фототока охвачен блоком автоматической стабилизации уровня шумов, состоящим из пикового детектора 11, подключенного общей точкой к положительной шине источника питания (или "заземленного" на положительную шину питания), усилителя 12, соединенного через ограничительный резистор R с входом усилителя фототока.

Устройство работает следующим образом. Зеркало сканатора 3 совершает с помощью генератора 4 колебания, а изображение границы изделия 1, создаваемого объективом 2, возвратно-поступательное движение относительно фотоприемника 5 с щелевой диафрагмой. Импульсы потока излучения от нагретого изделия 1 преобразуются фотоприемником 5 в электрический сигнал, который затем усиливается усилителем фототока (диаграмма 13 на фиг. 2) и преобразуется триггером Шмитта 7 в прямоугольные импульсы (диаграмма 14 на фиг. 2), длительность которых пропорциональна положению границы изделия относительно оптической оси объектива. Затем сигнал с триггера Шмитта 7 поступает на стрелочный индикатор 8, который выделяет постоянную составляющую сигнала, пропорциональную длительности, а следовательно, и отклонению размера, и ее регистрирует.

При изменении температуры изделия изменяется амплитуда импульсов на выходе усилителя фототока U₁ (диаграмма 13 на фиг. 2), изменяется соответственно и разность напряжений между амплитудой импульса и падением на нелинейном элементе, которая в свою очередь преобразуется RC-цепью пикового детектора 9 в постоянное напряжение U₁. Изменение напряжения на выходе пикового детектора управляет с помощью транзисторного усилителя 10 коэффициентом усиления усилителя фототока 6 за счет шунтирования резистора R₂, таким образом, чтобы величина амплитуды импульса на выходе усилителя фототока 6 оставалось постоянной.

При увеличении темнового тока фотоприемника 5 увеличивается постоянная составляющая сигнала на выходе усилителя фототока (диаграмма 13 на фиг. 1). Сигнал с усилителя фототока поступает на пиковый детектор 11, который "устраняет провалы" импульса относительно положительного напряжения питания, т.е. преобразует импульсы в постоянное напряжение U₂относительно U_n и напряжение U_n-U₂ относительно нулевой точки.

Напряжение U_n-U₂ усиливается усилителем 12 и через ограничительный резистор R подается на вход усилителя фототока и, таким образом, компенсируется темновой ток фотопреобразователя 5. Усилитель 12 выполняет в устройстве функцию элемента сравнения, в данном случае с нулем.

При внедрении оптико-электронного устройства для измерения размеров нагретых изделий повышается надежность работы технологического оборудования по производству крупногабаритных деталей, а при повышении надежности оборудования повышается производительность изготовления химнефтеаппаратуры, а также улучшаются эксплуатационные характеристики аппаратов.