Бинарный оптомеханический датчик реверсивных перемещений с кодовым выходом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Самарский государственный аэрокосмический университет

им. академика С.П. Королева

БИНАРНЫЙ ОПТОМЕХАНИЧЕСКИЙ ДАТЧИК РЕВЕРСИВНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ С КОДОВЫМ ВЫХОДОМ

В.А. Зеленский

В информационно-измерительных и управляющих системах, в том числе в системах автоматического контроля, наиболее часто приходится измерять и контролировать такие параметры объекта, как температура, давление и механическое перемещение. Более того, практически все физические параметры путем одно- или многократных преобразований можно свести к механическому перемещению [1, 2]. Тип используемых измерительных преобразователей и каналов передачи данных определяется условиями, в которых функционирует технический объект. В жестких эксплуатационных условиях, характеризующихся повышенным влиянием температуры, влажности, электромагнитного поля, химического или радиационного воздействия, представляется целесообразным использование оптических методов получения, передачи и обработки информации [3]. Подобные методы и системы не находят широкого практического применения из-за их относительно высокой стоимости. В работе [4] рассматривались варианты оптимизации технико-экономических характеристик волоконно-оптических систем, суть которых заключается в преимущественном использовании конструктивно простых и технологичных бинарных датчиков для контроля пороговых значений физических параметров. При этом выходные оптические сигналы датчиков кодируются с целью передачи их в удаленный блок обработки информации по единому волоконно-оптическому каналу.

С целью развития данной концепцией предлагается бинарный оптомеханический датчик реверсивных перемещений с кодовым выходом, упрощенная конструкция которого представлена на рис. 1.

В корпусе 1 датчика между торцами соосно расположенных отрезков волоконно-оптического кабеля 2 находится пластина 3. На внутреннем по отношению к корпусу конце пластины расположены чередующиеся прозрачные и непрозрачные кодовые элементы 4. Пластина 3 подпружинена и закреплена в специальном боксе 5 корпуса датчика и соединена с наконечником 6, который соприкасается с подвижной частью контролируемого объекта. Наконечник при оказываемом на него механическом воздействии перемещает пластину перпендикулярно оптической оси волокон. При этом кодовые элементы 4 пластины 3 модулируют поток оптического излучения по мощности, кодируя тем самым выходной сигнал датчика. Соотношение диаметров оптических волокон 2 и размеров кодовых элементов 4 подбираются таким образом, что при линейном перемещении пластины 3 на выходе датчика формируется трапецеидальный оптический сигнал [5].

Рис. 1. Бинарный оптомеханический датчик реверсивных перемещений

При превышении физическим параметром некоторого порогового значения (включение датчика) происходит скачкообразное перемещение пластины вверх - прямой ход пластины (рис. 1). На выходе датчика при этом формируется инверсный трехуровневый оптический сигнал, показанный на рис. 2. Перемещение пластины с кодовыми элементами происходит в направлении x. Уровню P0 соответствует отсутствие сигнала. Первым формируется стартовый импульс, решение о котором принимается на уровне Pc. Далее следует серия информационных импульсов с уровнем принятия решения Pк. Количество информационных импульсов соответствует номеру датчика в системе. Уровень стартового импульса в два раза меньше уровня информационных импульсов, что является его отличительным признаком и позволяет принять правильное решение о начале кодовой комбинации в асинхронном режиме вне зависимости от длительности сигналов и пауз между ними. В результате выходной сигнал датчика оказывается инвариантным к длительности временных интервалов, соответствующих позиционным перемещениям пластины и, следовательно, к скорости перемещения контролируемого объекта. В этом заключается преимущество использования трехуровневого оптического сигнала.

При падении значения физического параметра ниже некоторого порогового значения (выключение датчика) происходит скачкообразное перемещение пластины 3 вниз, в направлении, противоположном x - обратный ход пластины. В этом случае порядок следования кодовых элементов 4 меняется на противоположный и на выходе датчика сначала формируется серия информационных импульсов, а затем - стоповый сигнал, означающий окончание серии импульсов. Наличие стартового или стопового импульса позволяет отрабатывать реверсивные перемещения контролируемого объекта. оптомеханический датчик волоконный сеть

Рис. 2. Оптический сигнал на выходе датчика при прямом ходе пластины

Каждому датчику системы соответствует свой индивидуальный код, в простейшем случае представляющий собой единичный последовательный код, называемый также унарным кодом. В блоке обработки полученных данных код датчика, естественно, можно представить более компактно. Принцип преобразования единичного последовательного кода со стартовым или стоповым импульсом в натуральный двоичный код показан в таблице.

Кодовые комбинации натурального двоичного кода 000 и 100 здесь соответствуют отсутствию сигнала на выходе датчика. Поступление стартового или стопового импульса без наличия информационного сигнала означает ошибку или сбой в работе устройства.

Все вышесказанное позволяет сделать следующие выводы.

1. Предлагаемый способ кодирования дает возможность объединить несколько датчиков в единую волоконно-оптическую сеть передачи данных с идентификацией номера каждого устройства и характера изменения состояния датчика (включение/выключение).

2. Способ кодирования благодаря наличию стартовых и стоповых импульсов позволяет отрабатывать реверсивные перемещения контролируемого объекта.

3. Выходной код датчика инвариантен к скорости перемещения контролируемого объекта.

Данные преимущества предлагаемого устройства позволяют оптимизировать технико-экономические показатели систем автоматического контроля с волоконно-оптическими каналами передачи данных и снять препятствия для их широкого применения в промышленности.

Библиографический список

1. Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: физические основы, вопросы расчета и применения. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 256 с.

2. Гиниятулин Н.И. Волоконно-оптические преобразователи информации. - М.: Машиностроение, 2004. - 328 с.

3. Леонович Г.И. Оптоэлектронные цифровые датчики перемещений для жестких условий эксплуатации. - Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокос. ун-та, 1998. - 265 с.

4. Зеленский В.А., Гречишников В.М. Бинарные волоконно-оптические преобразователи в системах управления и контроля. - Самара: СНЦ РАН, 2006. - 120 с.

5. Фотоэлектрические преобразователи информации / Л.Н. Преснухин, В.Ф. Шаньгин, С.А. Майоров, И.В. Меськин. - М.: Машиностроение, 1974. - 376 с.

Аннотация

Предлагается бинарный оптомеханический датчик реверсивных перемещений, предназначенный для использования в системах автоматического контроля. Принципиальным отличием датчика от существующих аналогов является способ кодирования физического параметра, благодаря которому устройство отрабатывает реверсивные перемещения, при этом выходной код датчика инвариантен к скорости перемещений. Данное техническое решение позволяет объединить несколько устройств в единую волоконно-оптическую сеть передачи данных.

Ключевые слова: бинарный оптомеханический датчик, реверсивное перемещение, трехуровневый оптический сигнал, инвариантность к скорости перемещений, единичный последовательный код.

Размещено на Allbest.ru