Фотодетектор сортирует объекты

Журнал РАДИОЛОЦМАН, август 2019

Alan Erzinger

EDN

У большинства объектно-чувствительных систем возникают проблемы с обнаружением присутствия объектов. В системе на Рисунке 1 для облегчения проблем обнаружения объектов и их сортировки используется генератор. Генератор уменьшает мощность, рассеиваемую на фотодиоде, питая диод с коэффициентом заполнения 50%. Генератор также позволяет увеличить постоянную времени фильтра шумов на 50% и, кроме того, используется как шкала времени для сортировки объектов. Генератор прерывает питание фотодиода. Сигнал, принимаемый фотодетектором, представляет собой меандр; таким образом, фильтр может удалять оптический шум. Обычно фильтрация нужна тогда, когда свет проникает через крыльчатку на оптический детектор. При необходимости можно разместить полосовой фильтр последовательно с выходом транзистора Q₃.

Рисунок 1.	Схема генератора позволяет фотодетектору как подсчитывать объекты, так и сортировать их по размеру.

Частота генератора ограничена двумя факторами: временем отклика фототранзистора и точностью системы обнаружения объекта. Для минимизации эффекта Миллера в транзисторе Q₄ транзисторы Q₄ и Q₃ включены в каскодной конфигурации. Такое включение уменьшает время реакции оптической пары до наносекунд, позволяя сместить период генерации в субмикросекундный диапазон. Объекты на конвейерной ленте перемещаются с относительно низкой скоростью. Ожидаемое время нахождения t перед фотодетектором можно рассчитать по формуле

где

s – скорость конвейера в футах в секунду,
d  – размер объекта в футах.

Объект длиной 2 дюйма при скости движения ленты 3.5 фута в секунду перекрывает датчик на 47.6 мс. Если период импульсов генератора равен 250 мкс, объект перекрывает детектор в течение приблизительно 200 периодов, так что каждый период соответствует точности измерения длины 0.5%. Система распознает объекты двух типов: один длиной 2 дюйма, другой – намного длиннее, поэтому точности 0.5% более чем достаточно. Когда детектор разблокирован, доминирует инвертирующий вход компаратора IC₁, и уровень напряжения на выходе IC₁ низкий. Низкий уровень блокирует прохождение импульсов с выхода генератора на вход счетчика IC₃. Блокировка детектора позволяет C₃ зарядиться до 5 В через R₆, и неинвертирующий вход IC₁ становится доминирующим, давая разрешение началу отсчета. Когда детектор разблокирован, ждущий мультивибратор, образованный элементами R₁₁, C₅ и IC_4A, формирует на входе IC_2B импульс конца объекта. Передний фронт импульса этого мультивибратора запускает другой одновибратор, состоящий из элементов R₁₂, C₆ и IC_4C, который формирует импульсы сброса счетчика IC₃.

C₄ и R₆ образуют фильтр шумов, подавляющий короткие оптические помехи. Времена подобраны так, чтобы двухдюймовый объект выходил из области наблюдения детектора, пока оба сигнала на выходах счетчика Q₆ и Q₇ имеют высокий уровень. Когда импульс конца объекта совпадает с высоким уровнем на выходах Q₆ и Q₇ и низким уровнем на Q₈, выход IC_2B индицирует двухдюймовый объект. Это ситуация является единственным временным интервалом, которой может указывать на двухдюймовый объект. Если объект длиннее двух дюймов, уровень на выходе Q₈ становится высоким, индицируя большой объект. Когда объект освобождает детектор, импульс конца объекта сбрасывает счетчик, подготавливая его к следующему циклу, а транзистор Q₃ быстро разряжает конденсатор C₄. При указанных на схеме номиналах компонентов система может распознавать объекты длиной от 2 дюймов с разрешением по длине 0.1 дюйма.

Материалы по теме