Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код Советский патент 1985 года по МПК H03M1/24 

Изобретение относитсА к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для выдачи информации в дискретном виде о линейном перемещении контролируемого объект. / Известен фотоэлектрический преобфазова ель перемещения в код с индикацией результата, состоящий из трех источников излучения, оптически связанных с отражательной оешеткой, набора линз и фотоприемников fl 3. Недостатком указанного преобразователя явлйется низкая точность измерения, так как он позволяет измерять только относительное перемещение растра. Кроме того, на результат измерения значительно влияет разброс темновых токов фотоприемников (неидентичное их изменение с исменением температуры), нестабильность мощност излучения источников и т.д. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий источник света, расположенный на одной оптической оси с последовательно установ ленными светоделительным элементом, фокусирующей линзой,оптическим фильтром, измерительным растром, индикато ным растром, объективом и фотопрйемной матрицей, расположенной под угло относительно измерительного растра и соедине.нной с информационными входами формирователей выходных сигналов, опорные входь которых подключены непосредственно к выходу и через резистор к опорному входу буферного усилителя, расположенный нй другой оптической оси светоделительного эле мента фотоприемник, выход которого соединен с информационным входом буферного усилителя С21. Известный преобразователь имеет недостаточную точность измерения. Эт вызвано тем, что, чем больще оптичес кий сигнал, подлежащий преобразовани в электрический,- тем выше достоверность считывания информации. Преобразователем осуществляется преобразо вание оптических комбинационных поло полученных в результате сопряжения измерительного и индикаторного растров, в электрические сигналы. Интенсивность света в койбинацИонной оптической полосе максимальна в центре Снятие же информации при других поло жениях измерительного и индикаторного растров, т.е. когда интенсивность света в комбинационной полосе отлична от максимальной в центре, ведет к снижению информационной точности. Цель изобретения - повышение точности преобразователя. Поставленная цель достигается тем что в фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий источник света, расположенный на одной оптической оси с последовательно установленными светоделительн)1М элементом. Фокусирующей линзой, оптическим фильтром,, измерительными растром, индикаторным растром, объективом и фотоприемной матрицой, расположенной под углом относительно измерительного растра и соединенной с информационными входами формирователей выходных сигналов, опорные входы которых подключены непосредственно к выходу и через резистор к опорному входу буферного усилителя, расположенньй на другой оптической оси светоделительного элемента Фотопоиемник, выход которого соединен с информационным входом буферного усилителя, введены аналоговыйсумматор, дифференциатор, усилитель-ограничитель и инвертор, а формирователи выходных сигналов вьтолнены управляемыми, выход инвертора соединен с управляющими входами формирователей выходных сигналов, выходы фотоприемной матрицы подключены к входам .аналогового сумматора, выход которого соединен через последовательно соединенные дифференциатор и усилительограничитель с входом инвертора. Совокупность введенных элементов и новых связей позволяет производить формирование выходных сигналов фотоэлектрического преобразователя перемещения в код в момент максимальной интенсивности света на входе фотоприемной матрицы, что значительно повьппает достоверность считывания и тем самым увеличивает точность. На чертеже представлена структурная схема преобразователя. Преобразователь содерлмт источник 1 света, светоделительный элемент 2, фокусирующую линзу 3, оптический фильтр 4, измерительный растр 5, индикаторный растр 6, объектив 7, фотоприемную матрицу 8, формирователи 9 выходных сигналов, фотоприемник 10, буферный усилитель 11, аналоговый сумматор 12, дифференциатор 13 усилитель-ограничитель 14, инвертор 15.

В фотоэлектрическом преобразователе перемещения в код источник 1 света оптически, связан с последовательно расположенными светоделитель:ным элементом 2, фокусирующей лин1 ЗОЙ 3, оптическим фильтром 4, изме:рительным 5 и индикаторным 6 растрами, объективом 7 и фотоприемной, матрицей 8, которая расположена под I углом к измерительному растру; 5 и сое: динена с информационньми входами формирователей 9 выходных сигналов, а светоделительный элемент 2 оптически связан также и с фотоприемником 10, выход которого соединен с первым входом буферного усилителя 11 выход которого через второй вход подключен к опорным входам формирователей 9 выходных сигналов, информахщонные входы формирователей 9 выхо с ных сигналов подключены к входам аналогового сумматора 12, выход которого соединен через дифференциатор 13 с входом усилителя-ограничителя 14, выход которого подключен к входу инвертора 15, а выход последнего соединен с управляющими входа|ми формирователей 9 выходных сигналов.

Источник 1 света представляет собой серийно выпускаемую вакуумную лампу накаливания, светоделительный элемент 2 - плоскопараллельнзпо стек|ляннук) пластину, оптический фильтр 3 последовательно расположенные компен|сирующий фильтр, изготовленный из фо тоштастинки, диафрагму диаметром 150 мкм, линзу с соответствующим фокусным расстоянием, фокусирующая лин|за 3 - стандартный оптический элемент с соответствукнцим фокусньм рас- стоянием. Измерительный 5 и индикаторный 6 растры представляют собой периодические структуры, выполненные в виде решеток, состоящих из со:вокупности линий нанесенных на поверх .ности прозрачной стеклянной пласти;ны, изготовленной из стекла марки |Ф8 и обработанной по 14-му классу точности, объектив 7 - набор линз с соответствующим фокусным р асстоянием.

Фотоприемная матрица 8 состоит из промьшшенно выпускаемых приборов

ФД 21 КП, формирователи- 9 выходных сигналов выполнены на операционных усилителях К 140 УЛ7 со стробированием и схемах фильтраций питающих Напряжений, фотоприемник 10 представляет собой фотодиод ФД25КП, вн йченньй в режиме линейного преобразования оптического сигнала в электрический, буферный усилитель 11 выполнен на интегральной схеме К 140 УД7.

Аналоговый сумматор 12 выполнен на базе операционного усилителя К 140 УД10, дифференциатор 13 - на базе прецизионного операционного усилителя 153 УД5, усилитель-ограничитель 14 - на базе маломощного операционного усилителя К 140 УД 12, а инвертор 15 - логический элемент НЕ вьтолнен на биполярном транзисторе КТ 315Б.

Преобразователь работает следующим образом.,

Световой поток, создаваемый источником 1 .света, разделяется в заданном отношении светоделительным эле™ ментом 2, Основная часть светового потока, прошедшая через фокусирующую линзу 3, попадает на оптический фильтр 4, который создает равномерное распределение освещенности в плоскости, перпендикулярной оптической оси, и осуществляет пространственнзпо фильтрацию пучка света. Затем свет поступает на измерительный 5 и индикаторный 6 растры. В результате сопряжения растров 5 и 6 получается набор оптических комбинационных полос с периодом Т, р.авным

2 sinW2

где d - период комбинационных растров;Ч - угол между растрами.

В случае параллельного расположег ния измерительного 5 и индикаторного 6 растров период оптических Комбинационных полос

d - период измерительного растра 5;,

dj - период индикаторного peerpa 6;

ud d - dj .

S

Указанный набор полос поступает на вход объектива 7. Причем интенсив ность света оптических комбинационных полос максимальна в их центре, Информационные оптические сигналы увеличиваются объективом 7 и проецируются на фотоприемную матрицу 8. Вторая ответвленная часть светового потока после светоделительного элемента 2.поступает на светочувстви-: тельную площадку фотоприемника 10, э тектрический сигнал с которого, пропорциональный входному оптическому сигналу, поступает на первый вход буферного усилителя 11. Выходной сигнал буферного усилителя 11 является опорным сигналом как рля самого буферного усилителя 11, так и для формирователей 9 выходных сигналов. Сигнал на управляющих входах формирователей 9 выходных сигналов, разрешающий считывание информации, появляется с выхода инвертора .15 в момент расположения максимумов интенсивности комбинационных оптических полос напротив светочувствительных площадок фотоприемной матрицы 8. Эта синхронизация осуществляется следующим образом. Электрические сигналы с выхода фотоприемной матрицы 8 поступают на входы аналогового сумма415766

- тора 12. Сигнал с выхода аналогового сумматора 12 поступает на дифференциатор 13, после чего напряжение, соответствующее первой производной,

5 усиливается и ограничивается по нулевому уровню усилителем-ограничителем 14. Выходной сигнал усилителяограничителя 14 инвертируется инвертором 15 и поступает на управляющие

0 входы формирователей 9 выходных

сигналов, задавая тем самым моменты считывания информации, соответствующие максимальной интенсивности входной оптической информации.

Таким образом, в предлагаемом фотоэлектрическом преобразователе перемещения в код в отличие от известного считывание (преобразование

0 оптической информации в электрическую) осуществляется в моменты максимального отношения сигнал/шум на входе фотоприемной матрицы а, когда интенсивность оптической комбинационной полосы максимальна в центре. В. этом случае достоверность считанной информации может достигать нескольких порядков по отношению к известному преобразователю, тем самьы повышается точность преобразователя в целом.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРА.ЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий источник света, расположенный на одной оптической оси с последо,вательно установленными светодели;тельньи4 элементом, фокусирунщей лин;3ой, оптическим фильтром, измерительным растром, индикаторным растром, объективом и фотоприемной матрицей, расположенной под углом относительно измерительного растра и соединенной с информационными входами формирователей выходных сигналов, опорные входы которых подключены непосредственно к выходу и через резистор к опорному входу буферного усилителя, расположенный Тна другой оптической оси светоделительного элемента фотоприемник, выход которо.го соединен с информационным входом буферного усилителя, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в не- ;го введены аналоговый сумматор, диф ференциатор, усилитель-ограничитель и инвертор, а формирователи выходных сигналов выполнены управляемыми, выход инвертора соединен с управляющими входами формирователей выходных сигналов, выходы фотоприемной матрицы подключены к входам аналогового сумматора, выход которого соединен через последовательно соединенные дифференциатор и усипитель-ограничитель с входом инвертора. 4: О1 О)