Оптоэлектронный функциональный преобразователь Советский патент 1984 года по МПК G06G9/00 

11 Изобретение относится к фотоэлект рической автоматике, измерительной и вычислительной технике и может найти применение при конструировании оптоэлектронных потенциометров и ана логовых датчиков угла поворота. Известен оптоэлектронный функциональный преобразователь (ОЭФП), содержащий источник света, щелевой фоторезистор и теневую маску (вращающуюся диафрагму), размещенную между ними и закрепленную на входной оси преобразователя. Точность функционального преобразователя этого прибора составляет (0,3+0,5%), что является достаточным для широкого круга.задач фотоэлектрической автоматики Л Недостатком данного ОЭФП является сравнительно низкий коэффициент деления входного напряжения (не более 80 %). Низкий коэффициент деления обусловлен тем, что в конструкции щелевого фоторезистора премененным в функции положения теневой маски является только одно плечо, в то вре мя как второе имеет постоянное сопротивление и используется как резистор нагрузки. Известен ОЭФП, выполненный на основе источника света, двух фотоприемников, включенных по балансной схеме, двух оптических фильтров с переменным коэффициентом пропускания светового потока, расположенных между источником света и фотоприемниками и механически связанных с входной осью.При этом оптические фильтры вы полнены в единой прозрачной подложке 2 Недостатком известного ОЭФП является низкая точность функциональ ного преобразователя, обусловленная трудностью получения заданного расшределения коэффициента пропускания светового потока угловых оптических фильтров. Анализ известных конструкций ОЭФП показывает, что имеется существенное противоречие между точностью функцио нального преобразования и диапазоном изменения коэффициента деления входного напряжения, т.е. его крутизной. Целью изобретения является повышение крутизны выходного напряжения и точности функционального преобразования . Поставленная цель достигается тем, что в ОЭФП, содержащий разме2щенные в светонепроницаемом корпусе источник излучения, первый и второй фотоприемники, прозрачный диск, закрепленный на входной оси вращения и установленный между источником излучения и первым и вторым фотоприемниками, выходы которых подключены к соответствующлм входам выходного дифференциального усилителя, на прозрачком диске установлены аксиально первый и второй оптические фильтры, из которых первый выполнен в виде кольца и имеет коэффициент пропускания, изменяющийся в угловом направЛенин по линейному закону, введена непрозрачная диафрагма, в которой выполнена спиралевидная прорезь постоянной щирины, непрозрачная диафрагма аксиально расположена на втором оптическом фильтре, причем диаметр непрозрачной диафрагмы равен диаметру второго оптического фильтра, который выполнен в виде диска с коэффициентом пропускания, меняющимся радиально по линейному закону с максимумом на периферии, источник излучения выполнен линейчатьм и расположен по всей длине радиуса прозрачного диска, второй фотоприемник также выполнен линейчатым и расположен по всей длине радиуса второго оптического фильтра, вход второго фотоприемника через сп1 ралевидную npopeisb непрозрачной диафрагмы, второй оптический фильтр и прозрачный диск оптически связан с выходом источника излучения, а вход первого фотоприемника через первый оптический фильтр и прозрачный диск оптически связан с выходом источника излучения. На фиг. 1 представлена конструкция ОЭФП; на фиг. 2 - прозрачный диск с размещенными на нем оптическими фильтрами (сгущающиеся линии указывают на повьщ1ение оптической плотности); на фиг. 3 - вращающаяся непрозрачная диафрагма ОЭФП, в теле которой имеется спиралевидная прорезь (пунктиром отмечено положение линейчатого фотоприемника). ЪЭФП содержит источник 1 излучения, первый 2 и второй 3 фотоприемники, прозрачный диск 4, на котором размещены первый 5 и второй 6 оптические фильтры с переменным коэффициентом пропускания. При этом изменение коэффициента пропускания второго оптического фильтра 6 происходит 3 от минимума к максимуму в радиальном напряжении,, а для первого оптического фильтра 5 - в угловом направ лении . На оптическом диске 4 закреплена непрозрачная диафрагма 7, имеющая спиралевидную прорезь 8. Прозрачный диск 4 и диафрагма 7 закреплены на входной оси 9 вращения, причем все элементы ОЭФП помеп1ены в светоза щитный корпус 10, а выходы фотоприем никОв 2 и 3 подключены к соответствующим входам выходного дифференциального усилителя 11. ОЭФП работает следующим образом. Поток излучения источника 1 через оптические фильгры 5 и 6, размещенные на прозрачном диске 4, падает на фотоприемники 2 и 3. Активная пло щадь фотоприемника 2 полностью освещена частью потока излучения от источника 1. Уровень освещенности фото приемника 2 определяется коэффициентом пропускания первого оптического фильтра 5, величина которого изменяется от минимального до максимального значения в пределах угла по ворота входной оси 9. При этом проис ходит соответствующее изменение осве щенности активной поверхности фотоприемника 2, вследствие чего амплитуда сигнала, вьщеляемого фотоприемником 2, является функцией углового положения входной оси 9. Часть потока излучения от источника 1 попадает на линейчатый фотоприемник 3, проходя через второй оп тический фильтр 6 и спиралевидную прорезь в непрозрачной диафрагме 7.Посколько форма спиралевидной прорези 8 в непрозрачной диафрагме изменяется в лределах угла поворота входной оси 9 от центра непрозрачной диафрагмы 7 и. к его периферии, то на пути потока излучения, ориентированного на линейчатьй фотоприемник 3, появляются участки оптического фильт ра 6 с различной величиной коэффициента пропускания, что приводит к соответствующему изменению освещенности участка активной поверхности фото приемника 3 и, следовательно, к изменению амплитуды ввделяемого им сиг нала . В процессе углового перемещения входной оси 9 область переменной освещенности сканирует в радиальном направлении по активной поверхности фотоприемника 3. Для обеспечения 654 работы диф(1)еренциального усилителя 11 целесообразно выбирать форму спиралевидной прорези 8, во вращающейся диафрагмеч 7 таким образом, что бы изменения освещенности фотоприемников 2 и 3 происходили в противофазе. При этом крутизна изменения выходного напряжения в диапазоне угловьк перемещений входной оси У является максимальной. Высокая точность функционального преобразованияв предлагаемом ОЭФП достигается следующим образом. Поскольку выходной характеристи.кой этого преобразователя является зависимость амплитуды выходного напряжения дифференциального усилителя 11 от ,угла поворота, которое формируется на основе сигналов, поступающих от фотоприемников 2 и 3, то все виды неоднородностей (нелинейность люкс-амперной характеристики фотоприемников 2 и 3, пространственная неоднородность распределения коэффициентов пропускания оптических фильтров 5 и 6) могут бьп-ь скомпенсированы соответствующим в зависимости от угла поворота входной оси 9 изменением амплитуды одного из сигналов, поступающих на вход усилителя 11. Для предлагаемого ОЭФП такое согласование параметров реализуется подбором формы спиралевидной прорези 8 непрозрачной диафрагмы 7. Конструктивные особенности предлагаемого ОЭФП и использование для согласования его параметров специальной формы спиралевидной прорези 8 непрозрачной диафрагмы 7 позволило создать ОЭФП с линейной функцией в диапазоне углов 0+356 при погрешности менее 0,12 % и коэффициенте деления входного напряжения от 0,002 до 0,998. При этом неоднородность распределения коэффициента пропускания светового потока углового оптического фильтра 5 составляла ±8 %, радиального оптического фильтра 6 ±3,7 %, пространственная неоднородность фотопроводимости линейчатого фотоприемника 3 ±(3+5-) %, неоднородность потока источника 1 излучения t12,8 %. Таким образом, использование изобретения позволяет применить для создания прецизионных ОЭФП конструктивные элементы оптоэлектронного тракта с существенными и нерегулярныкм по характеру распределения пространстаенными неоднородностями.

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, -содержащий размещенные в светонепроницаемом корпусе источник излучения, первый и второй фотоприемники, прозрачный диск, закрепленный на входной оси вращения и установленный между источником излучения и первым и вторым фотоприемниками, выходы которых подключены к соответствующим входам выходного дифференциального усилителя, на прозрачном диске установлены аксиально первый и второй оптические фильтры, из которых первый вьшолнен в виде кольца и имеет коэффициент пропускания, изменяющийся в угловом направлении по линейному закону, отличающийся тем, что, с целью повышения крутизны выходного напряжения и точности функционального преобразования, в него введена непрозрачная диафрагма, в которой вьтолнена спиралевидная прорезь постоянной щирины, непрозрачная диафрагма аксиально расположена на втором оптическом фильтре, причем диаметр непрозрачной диафрагмы равен диаметру второго оптического фильтра, который вьтолнен в виде диска с коэффициентом пропускания, меняющимся радиально по линейному закону с максимумом на периферии, источник излучения вьтолнен линейчатым и расположен по всей длине радиу(/) са прозрачного диска, вт.орой фотоприемник также выполнен линейчатым и расположен по всей длине радиуса второго оптического фильтра, вход второго фотоприемника через спиралевидную прорезь непрозрачной диафрагмы, второй оптический фильтр и прозрачный диск оптически связан с выхоVJ дом источника излучения, а вход первого фотоприемника через первый 9: оптический фильтр и прозрачный диск 3d оптически связан с выходом источника :л излучения.