Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1983 года по МПК G08C9/06 

2. Преобразователь по п. 1, о т личаюшийся /ем, что растровыП элемент содержит источник напряж©. НИИ и кювету с жидким кристаллом, состоящую из двух плоскопараллельных

стекол с закрепленными на них про, речными электродами, зазор между которыми заполнен жидким тфисталлом, выводы прозрачных электродов подключены к выходам источника напряжения.

1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий источник света, оптически соединенный через последовательно расположенные оптическую систему и растровый элемент, жестко укрепленный на валу, с блоком фотоприемников, выходы которого соединены с входами блока считывания, отличающийся тем, ч-й), с целью,повышения точности и технологичности преобразователя, в него введены коммутатор, аналого-цифровой преобрензователь, формирователь кода и р&гистр, выходы которого соединены с управляющими входами формирователя кода и коммутатора, выход коммутато(Л ра через аналого-ци4 зовой преобр 13ов& тель соединен с информационным входом формирователя кода, а выходы блока считывания соединены с входами регистра и информационными входами ком мутатора. со СО

Изобретение относ1Йгся к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в станкостроении, в системах контроля и наведения, в геодезическом, астрономическом и фотограмметрическом приборостроении, где необходимо отслеживание или измерение углового перемещения.

Известны фотоэлектрк1еские преобразователи угла поворота вала в код, содержащие последовательно расположенные источник света, оптическую систем кодовый диск, жестко укрепленный на валу блок фотоприемников, выходы которого-через блок считьшания соединены с входами соответствующих раз.рвдов регистра ij .

Известны также фотоэлектрические преобразователи, в которых кодовый диск не имеет кодовой маски, а покрыт последовательностью радиальных прозрачных и непрозрачных полос (квантов) число которых определяет разрешающую способность преобразователя. Преобразователь также содержит источник света, блок фoтoпpиe шикoв, блок считывания и счетчик. При повороте вала производится подсчет светлых полос, начиная с некоторого начального положения, при этом код в счетчике будет соответствовать угловому переЬ(1ещению вала 2j .

Недостатком данных преобразователе является их сравнительно невысокая точность, ограниченная точностью изготовления кодовых дисков, что объясняется сло)1 ностью технологического процесса их производства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является фото- электрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий источник света, оптиче ;ки соединенный через onTiPiecKjTo систему и растровый : ломент с блоком фотоприемников, BJifxo

ды которого соединены с входами блока считывания, при этом растровый элемент содержит две оптические раст ровые решетки, одна из которых жестко укреплена на валу, а другая неподвижна. При наложении двух растровых решеток возникают отчетливые комбине ционные (муаровые) полосы, положение и форма которых зависит от параметров решеток и от их взаимного расположения. При этом небольшое перемещение подвижного растра преобразуется в существенно большее перемещение муаровых полос, что приводит к модуляции светового потока и соответствующего ему фототока, который после усиления в блоке считывания преобразуется в цифровой код 3J .

« Точность муаровых датчиков вьшхе,

чем у датчиков с кодовыми дисками, однако она также ограничена точностью изготовления растровых решеток, число полос в которых аолжно достигать 1ООО и более на 1 мм. Технология изготовления растровых решеток по сложности сранима с технологией изготовления дисков.

Целью изобретения является повышени точности и технологичности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, . что в фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий источник света, оптически соединенный через последовательно расположенные оптическую систему и растровый элемент жестко укрепленный на валу, с блоком фотоприемников, выходы которого соединены с входами блока считывания, введены коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, формирователь кода и регистр, выходы которого соединены с управляющими входами формирователя кода и коммутатора, выход коммутатора через аналого-цифровой преобразователь сюедннен с информ и1ИО1шым входом формирователя кода, а выходы блока считывания соединены с входами регисо ра и информационными входами коммутатора. Растровый элемент содержит источник напряжения и кювету с жидким кристаллом, состояпцую из двух плоскопараллельных стекол с закрепленными н них прозрачным электродами, зазор ме ду которыми заполнен жидким кристаллом, выводы прозрачных электродов подключены к выходам источника напр жения. На фиг. 1 показана структурная схема фотоэлектрического преобразоват ля{ на фиг. 2 - пример реализации раст рового элемента. Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код содержит источник 1 света, например лазер, оптическую систему 2, растровый эпемент 3, вал 4, блок 5 фотоприемников вьшолненный, например, в виде интегральной линейки или в. виде сканистора. блок 6 считывания, построенный, например, на базе мостовых усилителей , число которых соответствует разрядности регистра 7, коммутатор 8 , аналого-цифровой преобразователь 9 и фор мирователь 1О кода. . Растровый элемент содержит источник 11 напряжения и кювету с жидким кристаллом, вьшолненную из плоскопараллельных стекол 12 и 13, прозрачны электродов 14 и 15, прокладок 16 и 1 и жидкого кристалла. Зазор между плоскопараллельными стеклами задает т уность измерения угла и может составлять от единиц до десятков микрон. Величина зазора определяется толщиной прокладки. Жидкий кристалл должен обеспечивать формирование двулучепреломляюНцего псевдолинзового растра с регулировкой его преломляющих свойств Для этой цели может быть использоваР-азоксианизолана, например, смесь и Р-азоксифенетола 4j . При изменении величины напряжения, приложенног между прозрачными электродами, хсидки кристалл под действием электрического поля может изменять расположение сп танно ориентированных областей молеку жидкого кристалла так, что образуютс параллельнь1е полосы с чередуКэщимся показателем преломления. При этом структура ориентации молекул при опре ленном постоянном напряжении органи1104 зует две эффективные решетки, .орие1гр рованные друг относительно друга под некотором углом. Полязировашшй луч света, падающий на кюветку с жидким кристаллом, дифрагирует, образуя ди({ акционные четные и нечетные порядки. Угловое перемещение кюветы с жидким 1фисталлом относительно падающего луча вызывает интерференционный эффект гашения в нечетных поряюках ди4 акционной картины. Причем погасанию соответствующего порядка однозначно соответствует лишь единственное значение углового положения кюветы с жидким кристаллом. Преобразователь работает следующим образом. Пол1физованный луч света от источника 1 света оптической системой 2 проектируется на кювету с жидким криоталлом, жестко укрепленную на валу 4 электрически соединенную с источником 11 напряжения, который служит для формирования дифракционных решеток. В результате прохождения света через решетку, образованную в жид ком кристалле, в плоскости блока 5 фотоприемников формируются дифракционные максимумы четных и нечетных пор$щкОв. Расстояния мемщу максимумами зависят только от толщины слоя жидкого кристалла. При угловом повороте вала 4 изменяется угол плоскостью кюветы с жидким кристаллом и падающим лучом. В дифракционной картине такое угловое перемещение кюветы с жидким кристаллом вызы - , вает интерференцию, обусловленную структурой эффективной, рассогласованной по углу, двойной решетки, пол -ченной в жидком кристаллеЛрактически при плав ном изменении угла наблюдается поочередное погасание нечетных порядков, а их пространственное положение остается неизменным. Регистрация момента погасания максимума, т.е. О - уро&ня в соответствующем нечетном порядке осуществляется через соотйетствукьщие фотоприемник блока 5 фотоприемников и усилитель блока 6 считывания регистром 7. В результате соответствующему порядку ди({)акционного максимума ставится в соответствие значение О в позиционном коде, а следовательно, и угловое положение вала 4. Момент погасания соседних нечетгаз1Х порядков позволяет регистрировать дискретные угловые величины порядка 1 с помощью

ПОЭ1ЩИОННОГО KQoa, снятого с выхода регистра 7, Изменение интенсивности нечетных дифракционных максимумов при промежуточных положениях вала 4, когда предыдущий начетный nopsmoK увеличивает яркость, а последующий еще не погашен, позволяет ривнить значение угла в указанном интервале в 1°, Вьщеление порядка, интенсивность которого подлежит анализу, осуществляется коммутатором 8. Результат измерения амплитуды сигнала, сн. маемого с соответствующего выхода блока 6 считывания, преобразуется; в код аналого-цисйовым преобразоватв лем 9. Информация о величине угла снимается с формирователя 10 кода, причем дискретные значения (грубый отсчет) углового положения вала 4 поступают в него с регистра 7, а значение точного угла отсчета - с аналогоцифрового преобразователя 9.

Применение предлагаемого растрового элемента 3 вместо кодового диски или двух растровых решеток позволит повысить технологичность изготовления

преобразователя, поскольку технология изготовления кюветы с жидким кристаллом проста и не требует специального оборудования, а качество получаемой дифракционной картины выще. Применение системы грубого и точного отсчета при этом позволяет увеличить точность измерения угла. Как показали испытания, точность регистрации угла достигает единиц секунд, а диапазон

нзмерения порядка Ю. Кроме того, предлагаемый преобразователь позволяет производить как абсолютный, так и относительный отсчеты величины угла поворота вала.

. Экономический эффект от использования преалагаемого преобразователя опреаеля- ется его техническими возможностяьги.

Фи12