Обработка сигналов люминесценции.
Оптические сигналы люминесценции, возникающие в «темном» объеме,
где проходит поток облучаемого материала, из зоны регистрации передаются
через оптический блок и волоконный световод в БКФ на ФЭУ и далее, преобразованные в электрические импульсы, через схему усиления и формирования (компаратор) поступают в САУ на модуль формирования МФ.
Как видно из рис.10, сигналы на выходе ФЭУ имеют форму, близкую к «колоколобразной». За счет усилителя с большим коэффициентом усиления и компаратора форма сигналов приближается к прямоугольной, а длительность зависит от амплитуды сигнала.
В МФ (см.
функциональную схему в РЭ на сепаратор)
сигналы с выхода ФЭУ приходят на 8 –
канальный мультиплексор (8 1) – DА1,
выход которого поступает на микросхему
ОЗУ ( статическое запоминающее устройство
в формате 1Кх1) – DS1. Мультиплексор
циклически опрашивается сигналами
генератора A0..A2. Цикл опроса содержит 8
тактов по 16 мкс – это период сигнала
А0. Каждый такт соответствует состоянию
одного из входов, т.е. каналов 1..8. Исходное
состояние выхода DА1 – лог.1.
При наличии сигнала обнаружения в некотором канале на выходе мультиплексора формируется последовательность импульсов лог.0 (см. рис.3).
Длительность импульсов – 16 мкс. При наличии сигнала обнаружения в нескольких каналах лог.0 будет в нескольких тактах (на рис.11 – каналы 2, 3, 6 и соответствующие им такты).
8
тактов по 16 мкс
Вых. Мультиплексора
1 2 3 6 4 5 7 8 2 3
ЗП0
Запись 0/чтение 1 ОЗУ DS1
Рис. 11. Вид сигнала на выходе мультиплексора.
Обнаружения в каналах 2, 3, 6.
Выходной сигнал мультиплексора записывается в ОЗУ; адреса ОЗУ сканируются с тактом А0, причем только часть такта отведена запись, остальная – чтение. Выходной сигнал ОЗУ DS1 задержан относительно входного на цикл ОЗУ, который содержит 2^6 тактов по 16 мкс (1 мс), умноженные на заданное переключателем SA1 значение дискретности (1, 2 или 4) – это адресные разряды Q6 и Q7. Цикл ОЗУ – 1, 2 или 4 мс. Таким образом, на выходе ОЗУ формируется последовательность, аналогичная входной, но «сдвинутая» во времени. После объединения этих последовательностей по И импульсы, соответствующие сигналам обнаружения с длительностью меньше, чем Тцикла (например, обнаружения цирконов) отсеиваются, а остальные (их считаем «полезными», относящимися к алмазам) проходят на выход, но длительность последовательности (не длительность импульса такта, которая неизменна и равна 16 мкс!) укорачивается на Т цикла. Таким образом реализована селекция входных сигналов обнаружений по длительности (см. рис. 4).
Аналогично с помощью циклического продвижения отселектированной последовательности через ОЗУ DS2 и DS3 реализована транспортная задержка, а на DS4 – формирование длительности выходных импульсов. ОЗУ выполняют функции 8 – канального сдвигового регистра.
В плате устройства вывода МФ «свернутая» мультиплексором последовательность преобразуется в 8 параллельных выходов.
Блок питания низковольтный
Однотипные блоки питания низковольтные входят в состав БР и БУ – в САУ 2 одинаковых блока. Их назначение – обеспечить стабилизированным низковольтным питанием электронные схемы БР и ФПУ (через БР) и БУ и датчиков состояния машины сортировочной (через БУ). На рис. 9 представлена функциональная схема унифицированного трансформаторного блока питания.
Стаби-
лизатор
2
х 5 В
Сетевой
фильтр 2.065.020
Стаби-лизатор ±
15 В
+
-
Рис.12. Функциональная схема блока питания Яб2.087.549
Одна из особенностей блока – варистор, подключенный параллельно сетевому входу за предохранителями. Его назначение – защита схемы от кратковременных «выбросов» напряжения сети. Блок содержит также сетевой фильтр для подавления помех от работы мощных устройств, сетевой трансформатор и 5 выходных каналов: два стабилизированных источника +5 В для питания цифровых схем и источники ±15 В для питания аналоговых схем. Нестабилизированный выход +20 В предназначен для питания реле в БУ и преобразователя питания ФЭУ (см. выше) в БР.
C 2001 г. БУ начал комплектоваться преобразовательным блоком питания, характеризующимся высоким КПД, малыми габаритами и весом.
Преобразовательный источник питания LPQ-113B (см. рис. 13) также имеет на входе варистор для защиты от помех и перенапряжений по сети. Далее следует сетевой фильтр, затем выпрямитель сетевого напряжения и преобразователь на полевом транзисторе (здесь - MTP3N6). Нагрузкой преобразователя служит трансформатор Т1. Преобразователь работает на частоте 60 – 100 кГц. Именно повышенная частота обеспечивает малые габариты трансформатора и источника питания в целом. Вторичные обмотки трансформатора питают 4 независимых источника - канала. При этом один из них (верхний на схеме) гальванически изолирован от остальных, а 3 другие имеют общий нулевой провод. Стабилизация всех каналов осуществляется ШИМ-регулятором (ШИМ1), подключенным на затвор полевого транзистора преобразователя через усилитель обратной связи УО и гальваническую развязку – оптрон от канала +5 В.. Это создает ограничение по минимальной нагрузке указанного канала + 5 В – не менее 10-20 % от номинальной.
Источник питания LPQ-113B устанавливается в блок управления БУ.
T1
X1
+
- L
N
G
F1 GBU6J
L1
MTP3N6
U
ШИМ1
+5..25 В L2
Х2:11
ШИМ2
Х2:12
+15 В
L3
Х2:8,9
L7912
-15 В
+5 В L4
УО Е/А
Х2:1,2,3
Х2:4,5,6.7
О.с.
Рис. 13. Функциональная схема источника питания LPQ-113B.
Блок управления БУ
БУ – центральный блок САУ через него замыкаются связи между датчиками – источниками сигналов и элементами управления. БУ унифицированной САУ – программируемый микропроцессорный блок. В его программе заложены правила реагирования на возможные ситуации, которые могут возникнуть в сепараторе. Эти правила – алгоритмы функционирования описаны в руководстве по эксплуатации сепаратора. Блоки управления различных сепараторов различаются программой и номенклатурой обслуживаемых датчиков и исполнительных устройств в соответствии со схемой сепаратора.
Программа функционирования записана в программной памяти микропроцессора – микросхеме “флэш – ПЗУ”. Программа может быть скопирована – перезаписана с помощью специального устройства – программатора. Руководство по работе с программатором приведено ниже.
Функциональную схему БУ в упрощенном виде можно представить рис.14. Блок состоит из трех модулей: микропроцессорного контроллера (КМП), на рис.14 это основное поле, коммутатора оптронного (КО) и мультиплексора аналогового (МА).
КМП содержит собственно микропроцессор Intel196, оперативную и программную память, порты ввода/вывода и выходные буферные усилители. КО предназначен для ввода на входы КМП дискретных сигналов на цифровые порты, а МА – для ввода на КМП аналоговых сигналов на порт АЦП.
Контроллер
микропроцессорный Шина
адреса/данных От
IBM
Упр. сигналы
(на внеш.оптроны)
(8)
Стробы
(6)
0
В
Аналоговые
сигналы (8)
+5 В Uфэу,
Uп (16)
Uрт,
Iрт (4)
Рис.
14. Функциональная схема блока управления
Послед.
порт Цифр.порт 3
Аналог. порт Цифр.порт
4
Порт
HSO
Драйвер
порта RS232
Вых.
порты Вых.
буфер
Вх.сигналы
0
В
+5
В
Комм.
оптронный (КО)
Вход. порты
ОЗУ, ПЗУ
Мультиплексор
аналоговый
Схема условно показывает, что дискретные сигналы, в своей массе, вводятся в БУ через гальваническую развязку – оптроны либо реле, размещенные в КО (сигналы от датчиков потока воды (гидроблокировки) и дверей).
Аналогично выходные сигналы выдаются через выходные буферы в оконечные блоки через оптроны, размещенные в этих блоках. Питание входных цепей оптронов осуществляется от блоков – источников сигнала.
Контроллер микропроцессорный
Кратко рассмотрим функции микропроцессора (МП). Он содержит собственно процессорное ядро (на его структуре и составе останавливаться не будем - см. список литературы) и группу встроенных портов, которые программно устанавливаются как входные, выходные или двунаправленные. Наиболее существенны для понимания принципа работы КМП следующие порты: последовательный порт с протоколом RS232, входной аналоговый порт, порт HSO (High Speed Output), двунаправленные порты 3 и 4.
Последовательный порт работает совместно с внешним драйвером - микросхемой МАХ232, которая совмещает в себе функции преобразователя уровней сигнала (0..+5 В, ТТЛ в 0..-12 В) и источника питания со входом +5 и выходом –12 В. Через этот порт осуществляется мониторинг состояния сепаратора от компьютера или компьютерной сети.
Аналоговый порт представляет собой вход 8-канального коммутатора аналоговых сигналов с 10-разрядным АЦП на выходе. Опорное напряжение АЦП равно напряжению источника питания (+5 В). Время преобразования – около 20 мкс на канал. Порт используется как встроенный цифровой вольтметр под программным управлением.
Аналоговый коммутатор
Поскольку на входы БУ поступают до 20 аналоговых величин, предварительно выполняется их свертка в 8. Эту функцию выполняет под управлением МП отдельный модуль – аналоговый коммутатор, построенный на 4-канальных аналоговых ключах с цифровым управлением. АЦП позволяет измерять только положительные напряжения, поэтому контрольные напряжения питания ФЭУ (имеют отрицательную полярность) предварительно инвертируются аналоговыми инверторами.
Порт HSO (High Speed Output) используется для управляемой программно генерации последовательностей стробов, необходимых для возбуждения излучения и синхронизации системы регистрации (см. рис.7). Полная диаграмма включает в себя 8 стробов : по 2 возбуждения, обнуления и наблюдения, подаваемых в систему регистрации, и 2 импульса возбуждения, подаваемые на блоки управления РТ. Эти два последних являются инверсиями стробов возбуждения, отмеченных выше. Как уже указывалось, диаграмма стробов может модифицироваться программно. Реально в современных сепараторах используются 3 типа диаграммы:
-
Диаграмма со сдвинутыми друг относительно друга на полпериода последовательностями двух РТ стандартная (ЛС-20-05М, -2М, ЛС-20-04-2М) – рис. 15 а ;
-
То же с повышенной селекцией ярких сопутствующих объектов (ЛС-20-05МА, -2МА, ЛС-Д-4-03МА) – рис.15 б;
-
Диаграмма с совмещенными во времени стробами обеих РТ (ЛС-Д-4-03М, ЛС-Д-4-04, ЛС-20-04-3М) – рис.15 в.
Строб возб.1
Имп. возб.БУТ1
Строб возб.2
Имп.возб.БУТ2
Стр.обн.1
0,2 мс
Стр.обн.2
Стр.набл.1
0,1 мс
0,1 мс 
Стр.набл.2
0
,1
мс 0,1
мс
4 мс
Рис.15 а. Диаграмма стробов ЛС-20-05М, -2М
Строб
Х3:4 возб.1
Строб
Х3:12 возб.2
4
мс
Х3:2
Имп.
возб. БУТ1
Х3:8
2
мс Имп.
возб. БУТ2
Х3:6 Стр. обн.1
0.2 мс 0.2 мс
Х3:10
Стр.набл.1
0.1мс 0.1мс
Х3:16
Стр.обн.2
Х3:18 Стр.набл.2
Рис. 15б. Диаграмма стробов для ЛС-20-05МА, -2МА
Строб
возб.1
Строб возб.2
4 мс
Имп.
возб. БУТ1
Имп.
возб. БУТ2
Строб обнул.1
0.2 мс 0.5мс 0.2 мс
Строб набл.1
0.1мс 0.1мс
Строб обнул.2
Строб набл.2
Рис. 15 в. Диаграмма стробов ЛС-Д-4-03М
На плате КМП имеются два блока микропереключателей – джамперов. Один - S5 – предназначен для задания параметров Тз и То (Временная диаграмма Тз и То относительно сигнала обнаружения представлена на рис. 13), другой - S6 для выбора специальных функций – опций.