Фотоэлектрический преобразователь угловых перемещений в фазовый сдвиг Советский патент 1984 года по МПК G01B21/00 

1 Изобретение относится к нзмери тельной технике и может быть исполь зовано для преобразования угловых перемещений различных объектов в фа зовый сдвиг, например, в системах автоматического управления. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является фотоэлектрический преобразователь угловых перемещений в фазовый сдвиг содержащий оптически связанные источник света, подвижный и неподвижньй элементы с нанесенными на них основными круговыми растровыми решетками, четыре фотоприемника, смещенные один относительно другого на величину,равную 1/4 периода основны круговых растровых решеток, перйый второй дифференциальные усилители, к входам которых попарно подключены фотоприемники, сдвинутые один относ тельно другого на величину,равную половине периода основных круговых растровых решеток, два блока перемножения 5 первые входы которых подключены к выходам первого и второго дифференциальных усршителей, генера тор, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго блок перемножения, фазосдвигающую цепочк входы которой подключены к выходам первого и второго блоков перемножения Г1 и 23, Недостатком преобразователя явля ется невозможность позиционного съема информации о положении объект что противоречит ограничению функциональных возможностей при использовании. Цель изобретения - расширение . функциональных возможностей путем преобразования углового положения неподвижного преобразователя в дна- пазоне углов 0-360 . Указанная цель достигается тем, что фотоэлектрический преобразователь угловых перемещений в фазовый сдвиг, содержащий оптически связанные источник света, подвижкьй и неподвижный элементы с нанесенными на них основными круговыми растровыми решетками, четыре фотоприемника, смещенные один относительно другого на величину, равную 1/4 периода основных круговых растровых решеток, первьй и второй дифференциальный усилители, к входам которых попарно подключены фотоприемники, сдвину тые один относительно другого на 2 величину, равную половине периода основных круговых растровых решеток, два блока перемножения, первые входы которых подключены к выходам первого и второго дифференциальных усилителей, генератор, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго блоков перемножения, фазосдвигающую цепочку, входы которой, подключены к выходам первого и второго блоков перемножения,снабжен оптически связанными дополнительным источником света, подключенным к генератору, на подвижный и неподвижный элементы нанесены дополнительные круговые растровые решетки с числом щтрихов, отличающимся от числа штрихов основных круговых растровьЕХ решеток на единицу, четьфьмя дополнительными фотоприемниками, смещенными один относительно другого на величину, равную 1/4 периода дополнительных круговых растровых решеток, третьим и четвертым дифференциальными усилителями,к входам которых попарно подключены дополнительные фотоприемники, сдвинутые один относительно другого на величину, равную половине периода дополнительных круговых pacTpoBbts решеток, четьфьмя дополнительными блоками перемножения, выходы первого, второго, третьего и четвертого дифференциальных усилителей соединены соответственно с первыми входами первого и четвертого, первыми входами второго и третьего, вторыми входами первого и третьего, вторыми входами второго и четвертого дополнительных блоков перемножения, сумматором, входы которого подключены к выходам первого и второго дополнительных блоков перемножения, блоком вычитания,входы которого подключены к выходам третьего и четвертого дополнительных блоков перемножения, дополнительной фазовращающей цепочкой, входы которой подключены к выходам сумматора и блока вычитания. На чертеже представлена функциональная схема преобразователя. Преобразователь содержит генератор 1, источник 2 света, дополнительный источник 3 света, подклю-. ченный к генератору 1 подвижный элемент 4 с нанесенными на него основной 5 и дополнительной 6 круговыми растровыми решетками, неподвижный элемент 7 с нанесенными на него ос31новной 8 и дополнительной 9 круговы ми астровыми, решетками, .фотоприемн ки 10-13,, дополнительные фотоприемники 14-17, первый дифференциальный усилитель 18, к входам которого под ключены фотоприемники 10 и 12, втор дифференциальный усилитель 19, к входам которого подключены фотоприемники 11 и 13, третий дифференциальный усилитель 20, к входам которого подключены дополнительные фото приемники 14 и 16, четвертый дифференциальный усилитель 21, к входам которого подключены дополнительные фотоприемники 15 и 18, блоки 22 и 2 перемножения, первые входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго дифференциальных усилителей 18 и 19, вторые входы подключены к генератору 1, дополнительные блоки 24-27 перемножения, выходы первого, второго, третьего, четвертого дифференциальных усилите лей 18-21 соединены соответственно с первыми входами первого и четвертого, первыми входами второго и третьего, вторыми входами первого и третьего, вторыми входами второго и четвертого дополнительных блоков 24-27 перемножения, сумматор 28 входы которого подключены к Вьссодам первого и второго дополнительных блоков 24 и 25 перемножения, блока 29 вычитания, входы которого подклю чены к выходам третьего и четвертог дополнительных блоков 26 и 27 перемножения, фазовращающую цепочку 30, входы которой подключены к выходам первого и второго блоков 22 и 23 перемножения, дополнительную фазовращающую цепочку 31, входы которой подключены к выходам сумматора 28 и блока 29 вычитания. Преобразователь работает следующим образом. Растровое сопряжение, формируемое основными круговыми растровыми решетками 5 и 8, нанесенными на подвижный и неподвижный элементы 4 и 7, освещается немодулированным источником 2 света. Растровое сопряжение, формируемое доп6л,нительными круговыми растровыми решетками 6 и 9, нанесенными на подвижный и неподвижный элементы 4 и 7, освещается дополнительным модулированным источником 3 света, управляемым генератором 1. 2 Противофа- ные сигналы с фотоприемников 10 и поступают на входы первого дифферелциального усилителя 18, противофазные сигналы, снимаемые с фотоприемников 11 и 13, поступают на входы второго дифференциального уси.пителя 19, противофазные сигналы, снимаемые с дополнительных фотоприемников 14 и 16, поступают на входы третьего дифференциального усилителя 20, противофазные сигналы, снимаемые с дополнительных фотоприемников 15 и 17, поступают на входы четвертого дифференциального усилителя 21, При вращении подвижного элемента 4 относительно неподвижного элемента 5 на выходе дифференциальных усилителей 18-21 формирзпотся сигналы ,U g U 5inNci ; Nci i (( (N-i(y:sincxj -t , максимальное значение где сигнала, N - количество штрихов основной круговой растровой решетки 5 j (N-1) - количество штрихов дополнительной круговой растровой решетки 6j d- угол поворота подвижного элемента 4 относительно неподвижного элемента 7, Ыд частота генератора 1, Сигналы с выходов дифференциальных усилителей 18 и 19 поступают на первые входы блоков 22 и 23 пере-множения, на вторые входы которых поступает сигнал с генератора 1. На вь1ходе блоков 22 и 23 перемножения формируются сигналы U,, (J.,U cosNoi Sintu.-t . /о tn о Сигналы с выходов блоков 22 и 23 перемножения поступают на вход фазовращающей цепочки 30, на выходе которой формируется сигнал „ t Сигналы с выходов- дифференциальных усилителей 18-21 поступают на входы дополнительных блоков 24-27 перемножения. Выходные сигналы с дополнительных блоков перемножения 24 и 25 поступают на входы сумматора 28, а выходные сигналы с дополнительных блоков 26 и 27 перемножения поступают на входы блока 29 вычитания.

На выходе сумматора 28 и блока 2 вычитания формируются сигналы

. - ,0 I mS % cosot;

.

где К - коэффициент пропорциональности.

;

Сигналы с выходов сумматора 28 и блока 29 вычитания поступают на дополнительную фазовращающую цепочку 31, 1Де суммируются. На выходе фазовращающей цепочки 31 формируетс сигнал

3.()

где Ку коэффициент пропорциональности.

Таким образом, на выходе фазовращающей цепочки 30 фаза информационного сигнала изменяется на

360 при повороте подвижного злемента 4 на величину, равную одному периоду основной круговой растровой решетки 5, а на выходе фазовращающей цепочки 31 фаза информационного сигнала изменяется на 360 при повороте подвижного элемента 4 на ЗбО.

Использование преобразователя позволяет осуществлять позиционный съем информации о положении объекта по

выходам грубого и точного отсчетов с однозначной привязкой системы грубого отсчета к фиксированному начальному отсчетному положению преобразователя.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБ- . РАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В ФАЗОВЫЙ СДВИГ, содержащий.оптически связанные источник света, подвижный и неподвижный элементы с нанесенными на них основными круговыми растровыми решетками, четыре фотоприемника, смещенные один относительно другого на величину, равную 1/4 периода основных круговых растровых решеток, первый и второй дифференциальные усилители, к входам которых попарно подключены фотоприемники, сдвинутые один относительно другого на величину, равную половине периода основных круговых растровых решеток, два блока перемножения, первые входы которых подключены к выходам первого и второго дифференциальных усилителей, генератор, выход которого соединен .с вторыми входами первого и второго блоков перемножения, фазосдвигающую цепочку,, входы которой подключены к выходам первого и второго блоков перемножения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем преобразования углового перемещения в диапазоне углов О-ЗбО, он снабжен оптически связанными дополнительным источником света, подключенным к генератору, на подвижный и неподвижный элементы нанесены дополнительные круговые растровые решетки с числом штрихов, отличающимся от числа штрихов основных круговых растровых решеток на единицу, четьфьмя дополнительными фотоприемниками, смещенными один относитепьно другого на величину, равную 1/4 периода дополнительных круговых растровых решеток, третьим и четвертым дифференциальными усилитeлями к входам которых попарно i подключены дополнительные фотоприемники, сдвинутые один относительно другого на величину, равную половине периода дополнительных круговых растровых решеток, четьфьмя дополнительными блоками перемноже- , ния, вькоды первого, второго, третьего и четвертого дифференциальных усилителей соединены соответственно о с первыми входами первого и четвер00 того, первыми входами второго и 00 о третьего, вторыми входами первого и третьего, вторьми входами второго и четвертого дополнительных блоков пеtsD ремножения, сумматором, входы которого подключены к выходам первого и второго дополнительных блоков перемножения, блоком вычитания, входы которого под1спючены к выходам третьего и четвертого дополнительных блоков перемножения, дополнительной фазовращающей цепочкой, входы которой подключены к выходам сумматора и блока вычитания.

Гг-гГ г, I Н

3/

f-cr

6

ifV

3

rV/

-V V

.

L-;

п

I

Iftir- JO

Jf

и