Фотоэлектрический преобразователь перемещений Советский патент 1983 года по МПК G01B21/00 

(Л

с

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕ- ОВРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ по авт. св. № 960528, отпичаю1цийся тем, что, с цепью расширения функциональ Hbixj возможностей путем обеспечения иэмерений угловых перемещений в ппоскооти, параллельной плоскости фотопотенциометра, он снабжен регистратором угловых перемещений, а среоний вывоа реаист ивного слоя подключен к положительному полюсу источника питания через регистратор угловых перемещений.

4

:А9 1 ;о

. Изобретение относится к контрольно- На фиг. 1 представлена струкгуриая измерительной технике и может быть ис-схема предлагаемого преобразователи; пользоваНо преимущественно в устройствах контроля, индикации и измерения перемещений различных объектов. По основному авт.св. № 960528, известен фотоэлектрический преобразователь перемещений, содержащий источник света, последовательно установленные по ходу светового пуча теневую маску с двумя равновеликими окнами, жестко связываемую с объектом, плоскость которой. перпендикулярна оптической оси источника света, и позиционно-чувствительный фотоприемник, источник питания и два регистратора, позиционно-чувствительный фотоприемник выполнен в виде фотопотенциометра, резистивный слой которого имеет выводы на концах и один в середин для соединения с отрицательным и положитепьным полюсами источника питания, два вывода, расположенных симметрично среднему выводу, подключенных к входу определения перемещения по оси Y регистратора, фотопроводящий и коллекторный слои фотопот.енциометра разделены на две равные части вдоль их поперечной оси диэлектрическим слоем, каждая часть коллекторного слоя имеет вывод, подключенный к входам определения перемещений по оси X регистратора, окна теневой маски выполнены таким образом, что одноименные точки их расположены симметрично оптической оси источника света, а величина их сечений, параллельных оси чувствительности фотопотенциометра, мо« HotoHHo изменяется. Данный преобразователь обеспечивает преобразование линейных перемещений теневой маски, связанной с объектом, по двум координатам ij. . Однако в известном преобразователе не предусмотрено преобразование угповьгх отклонений теневой маски вокруг оптичеокой оси источника света, что значительно сужает функциональные возможности преобразоватепяЦелью изобретения является расщирение функциональных возможностей путем обеспечения преобразования угловых пере мещений в плоскости, параппепьной ппоркости фотопотенциометра. Поставленная цель достигается тем, что фотоэлектрический преобразователь пе{ мещевий снабжен третьим регистратором .угловых перемещений, а средний вывод резистивного слоя подключен к положительному попюсу источника питания через третий регистратор угловых перемещений. на фиг. 2 - функциональная схема фотопотенциометра; на фиг. 3 - графики, по ясняющие принцип работы преобразовате- пя; на фиг. 4 - эквивалентная схема электрической части преобразователя. Преобразоватепь состоит из источника 1 света, теневой маски 2 с двумя равновеликими окнами, фотопотенциометра 3, i источник 4 питания которого соединен с концом и серединой резистивного . споя 5 фотопотенциометра 3. Резистивнй1й спой 5 имеет симметричные относительно его середины выводы б и 7, подключенные . к входам регистрации перемещений по оси Y регистратора (ie показан). Фотопровадящий 8 и .коллекторный 9 слои фогопотенциометра 3 разделены вдогаь их поперечной оси диэлектрическим слоем 1О, а каждая из частей коллекторного Споя 9 имеет вывод 11 (12). Выводы 11 и 12 подключены к- входам измерения перемешений по оси X регистратора (не покааан). -Между источником 4 питания и средним выводом резистивного слоя 5 включен регистратор 13 углового перемещения. Преобразователь работает следующим образом.. При исходном положении перемещающегося объекта и жестко связанной с ним теневой маски 2 свет от источника 1, пройдя через окна теневой маски 2, освегЩ ® фотопотенциометр 3 (фиг. 2) в виде засвеченных областей 14 и 15, причем . на обеих .половинах фотопотенциометра 3 освещены равные и симметричные отцос&тельно середины участки фотопровоцящего слоя 8. Распределение потенциала на реэистивном слое 5 изображено на фиг. 3 сппощной линией. Выводы 11 и 12 подсоединены через низкоомные коппекторный 9 н в областях освещения фотопроводящий 8 слои к точкам резистивного споя 5, которые имеют равные потенаиалы в силу равенства засвеченных областей 14 и 1 5 и их симметричности относительно середины. Потенциал вывода 11 равев потенпвагеу резистивного слоя 5 в точке , которая является началом (засвеченной) областв 14 и определяется выражением L/2-e« где напряжение питания фотопотенвдюметра 3; Ь - длина фотопотенциометра 3; ., - длина засвеченной области 14 фотопроводящего слоя 8. Потенциал вывода 12 равен потенциа вывода 11 в сипу равенства 14 «5 - длина засвеченной области 1 фотопроводящего слоя 8, и симметричности областей 14 и 15 от носительно поперечной оси фотопотенаио метра 3. Это отражено на фиг. 3 горизонтальными участками графика, располо женными на одном -уровне. I- . . Потенциал вывода 6 определяется вы ражением b-i:iT:t(где Х - координата вывода 6. При этом ему равен. Cf - потенциал вывода 7 - в croiy условия (2) и симметричност выводов 6 и 7 относительно середины фотопотенциометра 3 Таким образом, при исходном полож& нии теневой маски 2 потенциалы на вы ходах 11 и 12 равны между собой и разность этих потенциалов у ° О, такж как и потенциалы на выводах 6 и 7 рав между собой и их разность Uj 0. Т.е показания регистраторов нулевые. Если же теневая маска 2 перемещае ся вместе с перемещающимся объектом вдоль оси X на расстоянии и X , то раопредепение потенциала на резистивном слое 5 изменяется, как это изображено штриховой пинией на фиг. 3. При этом потенциалы на выводах 11 и 12.изменяются на одинаковую величину L/2-e,/ причем, если cf уменьщаегся, то потенциал ( увеличивается на такую же величину в сипу сохранения условия (2) и разность между ними На фиг. 3 это отраже.но перемещение его горвзоЬтапьных участков вдоль наклонных, при этом углы наклона прямых остаются прежними, а значит и потенциалы выводов 6 и 7 не изменяются, а их разность остается равной нулю, т.е. иj 0. Это говорит о том, что перемещение маски 2 вдоль оси X влияет только на напряжение U , которое пропорционалыю смещению вдоль оси и имеет , соответствующий ему знак. В случае перемещения маски 2 вдоль оси Y (фиг. 1) распределение потенциала также изменяется, но горизонтальные участки графика (фиг. 3) остаются на прежних, одинаковых уровнях, а их длины В/4 и изменяются на одинаковую вепичину, но разнонаправпепно. Так, если уменьшается на 2дХ вследствие перемещения маски 2 по оси V вверх, то Б;( увеличивается на 2 Д X , что отражено на графике (фиг. 3) последовательностью точек. При этом изменяются и потенциалы ср/ и (fy и разница между ними следующая: и(иГ2-Хб14&Х (6) , . - Чи2-еи)-(.АХ ) - длина засвеченной области 14 фотопроводящего слоя 8 в исходном положении. При условии (Пк)(1/2-е 4Г выражение (6) определяет величину и направление перемещения по осиУ При этом, если перемещения по оси не было, напряжение останется нулевым. В случае перемещения теневой маски 2 по обеим осям X и У о величине и направлении этих перемещений несут информацию величины и знаки соответственно напряжений U и U . Если же контролируемый объект вмеоте с закрепленной на нем маской 2 совершает угловое перемещение вокруг оптической оси источника 1 при нулевых значениях отклонений по осям X и V , горюонтагаьные участки графика (фиг. 3) остаются на одинаковом уровне, что сохраняет нулевое значение разности ( - одновременно увепичиваются (при отклонении по ходу часовой стрепн ки) или одновременно уменьшаются (при отклонении против часовой отрепки), что сохраняет нулевое значение разнос,ти 6 7 Однако одновременное увеличение юга уменьшение горизонтальных участков при отклонении по углу 9 впечет за собо соответственно уменьшение либо увепичейие сопротивления цепи от одной кпеммы источника 4 до другой, а ЗЙЕВЧИТ, и соот ветственно увеличения или уменьшения тока, потребляемого от источника 4, которое и регистрируется регистратором 13 Наглядно работу преобразователя можн продемонстрировать, рассмотрев эквивалентную схему его впектрической части (фиг.4). Схема представляет собой мост из шести сопротивлений, где ветственно сопротивления резистивного слоя от среднего вывода до выводов 6 в 7. и - сопротивления левой и правой половин резистивного слоя 5 соответственно. При отклонени по оси X цвижки 11, 11 и 12, 12 движутся (жзнонаправленно, причем если и уменьшаются, то и i,2 увеличиваются на ту же величину И расстояния между одноименными движками не изменяются. Тогда напряжение на регистраторе, регистрирующем перемещение по осиЛ , остается неизменным, а на регистраторе, регистрирующем перемещение по оси X, появляется напряжение 1/2 пропорциональное отклонению по Оси X. При отклонении по оси Y уже движки 11 И и 12, 12 двигаются навстречу друг другу, либо друг от дpyгaj при этом, если величина сопротивления, зашунтироварного движками 12 и 12, уменьшается и наоборот. Изменение токов в плечах приводит к появлению напряжения на регистраторе, регистрирующем перемещение по оси X, При появлении углового отклонения движки 11, И и 12, 12 одновременно яибо увеличиваютвеличину шунтируемого ими сопротивления, пибо уменьшают. В первом случае общий ток цепи уменьшается, во втором - увеличивается, что и регистрируется регист-ратором 13 углоЪык перемещений. Таким образом, введение фотоэлектрин ческого преобразователя перемещений регистратора угловых перемещений, соединение среднего вывода резистивного слоя фотопотенциометра с положительным полюсом источника питания через регистратор угловых перемещений позволяет . преобразовывать угловые отклонения теневой маски вокруг оптической оси источника, что существенно расширяет функциональные возможности преобразователя. Применение предлагаемого преобразователя в устройствах индикации, контроля и измерения перемещений (например, в станках и механизмах с автоматическим управлением) позволяет в известной мере ликвидировать необходимость Датчиков угловых отклонений, тем самым упростить эти контрольно-измерительные устройства, уменьшить их массогабаритные характеристики и принести определенный экономический эффект. Если принять, что в станке с автоматическим управлением не обходимо регистрировать линейные отклонения по двум осям и угловые - по одной, использование предлагаемого преобразователя позволяет на 30% уменьшить массо- , габаритные характеристики и стоимость контрольно-измерительной аппаратуры данного станка. .

Фие.2