Адаптивный оптико-электронный преобразователь размеров нагретых изделий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Адаптивный оптико-электронный преобразователь размеров нагретых изделий

В оптико-электронных приборах при преобразовании и обработке частотно- и фазомодулированных сигналов широко используются электронные усилители с автоматической стабилизацией параметров этих сигналов. Одним из основных устройств таких усилителей является блок автоматической регулировки усиления (АРУ), который стабилизирует амплитуду выходного сигнала. Блок АРУ усилителей измерительных преобразователей исключает влияние различных амплитудных факторов на точность измерения временных и фазовых параметров сигнала. Управление коэффициентом передачи усилителя сигналов обычно осуществляется за счет управления параметрами элементов усилителя. В качестве управляемых элементов в блоках АРУ используются, как правило, транзисторы и оптроны. Кроме того, в оптико-электронных измерительных устройствах, выполненных на базе операционных усилителей, присутствует аддитивная погрешность. Эта погрешность при определенных температурных условиях внешней среды может нарушить нормальную работу измерительного устройства и поэтому, эти устройства должны содержать контур стабилизации темнового тока на входе усилителя. Таким образом, для нормального функционирования измерительное устройство должно быть адаптивным, то есть в процессе работы изменять свои параметры и тем самым уменьшать влияние внутренних и внешних факторов на точность измерения параметров сигнала.

Для контроля технологического процесса производства крупногабаритных деталей, изготавливаемых в нагретом состоянии, разработан оптико-электронный сканирующий прибор контроля геометрических параметров деталей. В этом приборе осуществляется преобразование углового положения кромки нагретой детали в широтно-импульсный сигнал. В радиоэлектронных усилителях с блоками АРУ в качестве запоминающих устройств широко используются пиковые детекторы с постоянной времени разряда, значительно превышающей минимальный период сигнала.

На рисунке 1, а изображена схема усилителя, а на рисунке 1, б времяимпульсная диаграмма, поясняющая работу усилителя. Усилитель сигналов выполнен на базе операционного усилителя DA₁.

В качестве управляемого элемента усилителя была использована резистивная оптоэлектронная пара (ОЭП) с фотосопротивлением.

Коэффициент передачи такого усилителя определяется соотношением

K₁=R _1общ/R₂+1, (1)

оптический адаптивный преобразователь микропроцессор

где R_1общ - общее сопротивление параллельно соединенных R₁ и фотосопротивления ОЭП R_Ф.

Контур автоматической стабилизации амплитуды сигнала состоит из пикового детектора VD₁, R₃, R₄, R₅, C₁, дифференциального усилителя DA₂, делителя напряжения R₄, R₅, задающего сопротивления R₇ амплитуды сигнала U_m и оптоэлектронной пары ОЭП. Для исключения влияния длительности импульса на работу устройства АРУ постоянная времени пикового детектора должна быть значительно больше периода импульса.

Данный контур стабилизации реализует мультипликативный метод управления амплитудой выходного напряжения. Степень управляемости и диапазон коэффициента передачи усилителя сигналов определяется соотношением величин фотосопротивления R_Ф и сопротивлений R₁, R₂. Усилитель DA₂ кроме функции усиления выполняет также функцию элемента сравнения.

а)

б)

Рис. 1. Адаптивный усилитель: а) cхема; б) времяимпульсная диаграмма его работы

Коэффициент передачи цепи управления определяется коэффициентом передачи дифференциального усилителя K₂=R₈/R₆, и величиной сопротивления R₉. Коэффициент усиления усилителя фототока К₁ зависит от задающего напряжения u(t)

оптический адаптивный преобразователь микропроцессор

, (2)

где К - тангенс угла наклона линейной функции К₁; K_max - максимальное значение коэффициента усиления.

Устойчивость контура стабилизации амплитуды сигнала определяется параметрами единственного инерционного блока - пикового детектора.

Контур автоматической стабилизации температурного тока содержит пиковый детектор VD₃, R₁₀, C₂, подключенный к усилителю DA₁, а общей точкой к положительной шине источника питания, усилитель, выполненный на базе операционного усилителя DA₃ с коэффициентом передачи K₃=R₁₂/R₁₁, соединенного через делитель напряжения R₁₃, R₁₄ с входом усилителя сигналов DA₁. Подключение пикового детектора к положительной шине питания позволяет получить постоянное напряжение U₀, соответствующее температурным токам фотоприемника и операционных усилителей, а также фону потока излучения от детали. Усилитель DA₃ выполняет также функцию элемента сравнения этого напряжения с нулем. Этот контур реализует аддитивный метод коррекции постоянной составляющей.

Второй контур аддитивной обратной связи усилителя фототока осуществляет компенсацию постоянных составляющих сигнала и его работа не оказывает влияния на работу первого контура. Однако первый контур оказывает влияние на второй через коэффициент усиления К₁, величина которого определяется амплитудой входного сигнала. В усилителе периодически чередуются процессы работы контуров.

Однако использование блоков АРУ с пиковыми детекторами в информационно-измерительной технике ограничивает скорость измерения и является источником динамической погрешности. Например, при контроле ширины проката оптико-электронным сканирующим прибором, содержащим инерционный блок АРУ, из-за неравномерности нагрева материала проката возникает динамическая погрешность, обусловленная влиянием амплитуды реального трапецеидального импульса на точность определения длительности импульса. Поэтому был разработан адаптивный микропроцессорный оптико-электронный преобразователь положения кромки детали с экстраполяторами нулевого порядка, быстродействие которых определяется периодом сканирования. Для технической реализации оптико-электронного прибора на базе микропроцессора была использована структурная схема адаптивного усилителя фототока с двухконтурной обратной связью (рис. 2). В этой схеме временное чередование процессов в цепях усилителя заменено двумя параллельно включенными одинаковыми усилителями, коэффициент усиления которых определяется работой первого контура. В блок-схеме приняты следующие обозначения: 1 - усилитель фототока; 2 - экстраполятор контура АРУ; 3 - усилитель блока АРУ; 4 - устройство управления коэффициентом передачи усилителя фототока; 5 - экстраполятор контура стабилизации постоянной составляющей сигнала; 6 - усилитель устройства стабилизации постоянной составляющей сигнала; U_ВХ2 и U_ВХ3 - напряжения задающих устройств контуров обратной связи.

Рис. 2. Структурная схема адаптивного усилителя фототока с двухконтурной обратной связью

оптический адаптивный преобразователь микропроцессор

Разработанный адаптивный оптико-электронный прибор, содержащий микропроцессор с экстраполятором нулевого порядка, в сравнении с аналоговыми прототипами имеет лучшие метрологические характеристики, а именно точность и быстродействие.

Размещено на Allbest.ru