Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код Советский патент 1984 года по МПК G08C9/06 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике.

По основному авт. св. № 851437 известен фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий объектив, измерительный блок, источник питания, фотоприемник с электродами, выполненный в виде расположенных между электродами и смещенных относительно друг друга светочувствительных дорожек. Причем в измерительный блок входят компараторы напряжения, подключенные.к общим электродам двух светочувствительных дорожек каждого разряда преобразователя, а в цепь оптической связи фотоприемника с источником излучения введен оптический клиновидный модулятор с прозрачными электродами, выполненный из вещества, меняющего коэффициент пропускания под действием электрического поля, электроды которого подключены к следящему усилителю, входы которого связаны с источником питания и электродом светочувствительной дорожки фотоприемника 1.

Недостатком известного преобразователя является ограниченная разрещающая способность, определяемая шириной «зубца электродов младщего разряда фотоприемника.

Целью изобретения является повыщение разрешающей способности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрический преобразователь перемещения в код введены компаратор напряжения, преобразователь напряжения в код, блок логической обработки сигналов и дополнительная пара идентичных младшему разряду светочувствительных дорожек, зубцы электродов которых сдвинуты относительно зубцов электродов младшего разряда на половину щирины одного зубца, а общий электрод дополнительной пары дорожек соединен с входом компаратора напряжения, блок логической обработки сигналов состоит из инвертора, двух аналоговых ключей, выходы которых подключены к первому входу суммирующего усилителя, второй вход которого соединен с источником питания, а выход - с входом преобразователя напряжения в код, и инвертирующего усилителя, вход которого соединен с входом первого аналогового ключа и общим электродом светочувствительных дорожек младщего разряда фотоприемника, вь1ход инвертирующего усилителя соединен с входом второго аналогового ключа, управляющий вход которого через инвертор соединен с управляющим входом первого аналогового ключа и выходом компаратора напряжения.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема фотоэлектрического преобразователя перемещения в код; на фиг. 2 - характерисика вход-выход следящего усилителя; на фиг. 3 - зависимости выходных сигналов

элементов фотоэлектрического преобразователя перемещения в код от положения границы свет-тень на поверхности фотоприемника.

Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код состоит из объектива 1, клиновидного оптического модулятора 2 с прозрачными электродами 3, фотоприемника 4, выполненного в виде светочувствительных дорожек 5, заключенных между электродами 6 и 7.

Профилированные электроды 6 подключены к источникам питания 8, а общие электроды 7 двух светочувствительных дорожек одного разряда подключены к соответствующему компаратору напряжения 9. Один из электродов 11 светочувствительной дорожки 10 соединен с источником питания 8, а другой - с сопротивлением нагрузки 12 и неинвертирующим входом следящего усилителя 13. Инвертирующий вход стедящего

усилителя 13 соединен через делитель напряжения 14 с источником питания 8, выход усилителя 13 соединен с прозрачными электродами 3 клиновидного оптического модулятора 2. Оптический модулятор 2 выполнен из вещества, меняющего коэффициент пропускания под действием электрического поля, например из жидкокристалли, ческого вещества. Причем оптический модулятор 2 расположен таким образом, что острый угол модулятора 2 направлен в сторону проецируемой световой области. Следящий усилитель 13 обладает характеристикой, изображенной на фиг. 2. В фотоприемник 4 введена дополнительная пара 15 идентичных младшему разряду светочувствительных дорожек, зубцы электродов которых

сдвинуты относительно зубцов электродов младшего разряда на половину ширины одного зубца, а общий электрод 16 дополгштельных дорожек соединен с входом компаратора напряжения 17. В измери- ельный

блок преобразователя введены преобразователь напряжения в код 18 и блок логической обработки сигналов, состоящий из инвертора 19, двух аналоговых ключей первого 20 и второго 21, соединенных на выходе и подключенных через суммирующий усилитель 22 к преобразователю напряжения в код 18 и инвертирующего усилителя 23, вход которого соединен с входом первого ключа 20 и общим электродом 7 светочувствительных дорожек младщего разряда фотоприемника 4. Причем выход усилителя 23 соединен с входо.м второго ключа 21, управляющий вход которого через инвертор 19 соединен с управляющим входом первого ключа 20 и выходом компаратора напряжения 17. Сверху на металлические электроды

фотоприемника 4, так, чтобы перекрыть дорожки между электродами, нанесена светочувствительная,, например кадмиевоселенистая, пленка. Выходы компараторов напряжения 9 и выходы преобразователя напряжения в код 18 являются выходом преобразователя перемещения в код. Для реализации N-разрядного преобразователя необходимо 2N светочувствительных дорожек, каждая пара из которых представляет из себя дорожки между двумя профилированными в виде «зубцов прямоугольной формы электродов, сдвинутых относительно друг друга таким образом, что зубцы одного электрода находятся против впадин другого. Преобразователь работает следующим образом. Изображение контролируемого объекта с помощью объектива 1 проецируется через клиновидный оптический модулятор 2 на плоскость фотоприемника 4 в виде границы светлой и темной областей. При этом часть светочувствительных дорожек разрядов фотоприемника 4 и часть светочувствительной дорожки 10 засвечивается падающим на фотоприемник 4 световым потоком. Сигнал Uu, снимаемый с нагрузочного сопротивления 12, поступает на неинвертирующий вход следящего усилителя 13. На инвертирующий вход усилителя 13 подается опорное напряжение Uon - Разность напряжений Uiz - Uon усиливается следящим усилителем 13 и поступает на прозрачные электроды 3 оптического модулятора. При этом вещество оптического модулятора 2 переходит в непрозрачное состояние, начиная с острого угла модулятора 2. Это приводит к тому, что полубесконечный световой зонд укорачивается, превращаясь в световой зонд щириной Н, прилегаю щий к границе свет - тень. При этом щирина сформированного светового зонда равна щирине одного зубца &N светочувствительной дорожки младшего разряда преобразователя. Сигналы Uj{, снимаемые с общих электродов 7 светочувствительных дорожек фотоприемника 4, поступают на компараторы напряжения 9, выходной сигнал которых соответствует логической единице при и логическому нулю при . Причем при перемещении светового зонда напряжения, снимаемые с дополнительной пары 15 светочувствительных дорожек Шд и с пары дорожек .младщего разряда фотоприемника Ui, изменяются по линейно-пилообразному закону и сдвинуты относительно друг друга на величину - (фиг. 3). Компаратор напряжения 9 дорожек младщего разряда и компаратор 17 дополнительной пары дорожек выделяют положение светового зонда, когда соответствующее напряжение Ui, Uy переходит через ноль. Линейно изменяющийся при перемещении светового зонда сигнал Ui через аналоговые ключи 20 и 21 и инвертирующий усилитель 23 подается на вход суммирующего усилителя 22, где суммируется с постоянной величиной Umin- Для тех положений светового зонда, когда выходной сигнал компаратора 17 соответствует логической единице напряжение U пары светочувствительных дорожек младщего разряда фотоприемника 4 через открытый аналоговый ключ 20 поступает на вход суммирующего усилителя 22, где суммируется с напряжением Umi, Причем величина напряжения Umid выбирается из условия Uu т1пЦ(х)|. В этом случае выходное напряжение Uji суммирующего усилителя 22, поступающее на вход преобразователя напряжения в код 18, предстаапяет из себя при перемещении светового зонда на отрезках 2 (2tf + 1), i О, 1, 2 ..., т. е. на отрезках между одной из впадин и зубцом верхнего профилированного электрода 6 светочувствительных дорожек младщего разряда фотоприемника 4, линейно возрастающее напряжение, изменяющееся от нуля при X 2ANi до Umin + max Ui(x) Г1ри х 2jiN(2i + l). При этом аналоговый ключ 21 закрыт. Для тех положений светового зонда AN(2i +l)(i + 1), когда выходной сигнал ко.мпаратора напряжения 17 соответствует логическому нулю, т.е. на отрезках между одним из зубцов и впадиной верхнего профилированного электрода 6, аналоговый ключ 20 закрыт, а аналоговый ключ 21 открыт. При этом напряжение Ц , снимаемое с дорожек младшего разряда фотоприемника 4 и находящееся на линейно падающем участке (фиг. 3), инвертируется усилителем 23. Для приведенной конструкции фотоприемника, светочувствительные дорожки которого заключены между идентичными профилированными электродами maxUi(x) /minUi(x)/ Umin При этом выходное напряжение Ui., усилителя 23 на отрезках 4 N(2i+ l)(i + + 1) изменяется от Uzj Umin ДО Uz3 -Umin. Выходное напряжение усилителя 23 через открытый аналоговый ключ 21 суммируется усилителем 22 с напряжением Um и поступает на вход преобразователя напряжения в код 18. В этом случае выходное напряжение Uit суммирующего усилителя 22 при перемещении светового зонда на отрезках AN(2i + l)(i + 1) изменяется по линейно возрастающему закону от U2i О до U22 2Umin. Таким образом, входное напряжение преобразователя напряжения в код 18 при перемещении светового зонда Ujz изменяется по линейно возрастающему закону от нуля до 2Umin с периодом Тх ДЫ. Поэтому выходной код преобразователя напряжения в код 18 прямо пропорционален положению светового зонда в промежутках между зубцами профилированных электродов фотоприемника, т.е. выходной код преобразователя перемещения в код состоит из двух частей: старшая часть выходного кода считывается с кодирующего фотоприемника 4 с дискретностью AN; младшая часть выходного кода поступает с преобразователя напряжения в код 18 с дискретностью, определяемой числом его разрядов. Разрешаюш,ая способность R такого преобразователя перемещения в код ограничивается не шириной зубцов электродов младшего разряда фотоприемника дЫ как в прототипе, а величиной неоднородности светочувствительной пленки по поверхности :

R 6AN

где В, А - расстояние от дна впадины и от зубца профилированного электрода 6 до общего электрода 7.

Предлагаемый фотоэлектрический преобразователь перемещения в код может использоваться как для построения преобразователей линейных перемещений в код, так и для построения преобразователей угла поворота вала в код.

Экономический эффект обусловлен теми техническими преимуществами, которые описаны выше.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД по авт. св. № 851437, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности преобразователя, в него введены компаратор напряжения, преобразователь напряжения в код, блок логической обработки сигналов и дополнительная пара идентичных младшему разряду светочувствительных дорожек, зубцы электродов которых сдвинуты относительно зубцов электродов младшего разряда на половину ширины одного зубца, а общий электрод дополнительных дорожек соединен с входом компаратора напряжения, блок логической обработки сигналов состоит из инвертора, суммирующего усилителя, двух аналоговых ключей, выходы которых подключены к первому входу суммирующего усилителя, второй вход которого соединен с источником питания, а выход - с входом преобразователя напряжения в код, и инвертирующего усилителя, вход которого соединен с входом первого аналогового ключа и общим электродом светочувствительных дорожек младшего разряда фотоприемника, выход инвертирующего усилителя соединен С с входом второго аналогового ключа, управляющий вход которого через инвертор сое(Л динен с управляющим входом первого аналового ключа и с выходом компаратора напряжения. / СП со ю 00

(риг.З