Оптико-электронный датчик положения объекта Советский патент 1986 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, служит для бесконтактных измерений линейных перемещений объектов. Объектом измерений может быть также шар с оптически отполированной отражающей поверхностью, вывешенный в неконтактном подвесе.

Целью изобретения является упрощение конструкции и уменьшение габаритов устройства за счет исключения механических элементов.

На чертеже показана схема оптико- электронного датчика положения объекта.

Датчик содержит источник 1 модулированного света (светодиод), генератор 2 прямоугольных импульсов, связанный с ним, установленные по ходу светового луча диаф- рагму 3 с (круглым) отверстием, светоделитель (призму-куб) 4, объектив 5, пози- ционно-чувствительный (квадрантный) фотоприемник 6 и электронную схему 7 преобразования сигналов. В схему оптическо- го тракта входит также выпуклое сферическое зеркало 8, связанное с объектом измерений (не показан). Оптические элементы установлены в цилиндрическом корпусе 9. Светочувствительная площадка фотоприемника 6 и диафрагма 3 расположены в сопряженных плоскостях изображений оптической системы, состоящей из выпуклого зеркала 8 и объектива 5, фотоприемник 6 и объектив 5 установлены один напротив другого на основаниях цилиндрического корпуса 9, а источник 1 - на его боковой по- верхности.

Электронная схема 7 содержит два дифференциальных усилителя, присоединенных соответственно к двум парам противоположно размещенных элементов квадрантного фотоприемника 6, а также два синхронных детектора, управляемые от генератора 2 и соединенные с выходами усилителей. (Элементы электронной схемы на чертеже не показаны).

Устройство работает следующим образом.

Объектив 5 создает изображение отверстия диафрагмы 3 в центре сферической поверхности О выпуклого зеркала 8 при совмещении оптических осей источника 1 и зеркала 8. Поскольку лучи, выходящие из объ- ектива 5, падают на зеркало 8 по нормалям к его поверхности, после отражения

изображение создается в центре чувствительной площадки фотоприемника 6, в этом случае сигналы с четырех его элементов имеют одинаковую величину и на выходе дифференциальных усилителей по каждой из координат сигнал равен нулю.

Если объект измерений вместе с зеркалом 8 сместится перпендикулярно оптической оси по одной из координат, то сигналы с одной пары элементов квадрантного фотоприемника 6 становятся различными. На выходе соответствующего дифференциального усилителя появится сигнал в виде меандра, который с помощью синхронного детектора преобразуется в постоянное напряжение, пропорциональное смещению объекта.

Расчет на основании геометрической оптики показывает, что увеличение оптической системы объектив-зеркало равно

,,2d

К-у,

где d - расстояние от фотоприемника 6 до

объектива 5;

/- расстояние от объектива 5 до центра сферы 0.

Это значит, что у устройства есть «оптический рычаг, смещение объекта на х вызывает перемещение изображения на фотодиоде на расстояние кх. При этом чувствительность возрастает в К раз.

Формула изобретения

Оптико-электронный датчик положения объекта, содержащий цилиндрический корпус, источник модулированного света, установленные последовательно в корпусе по ходу светового луча диафрагму с отверстием, светоделитель, объектив и фотоприемник, оптически связанное с объективом выпуклое сферическое зеркало, связываемое с объектом, и электронную схему преобразования сигналов фотоприемника, фотоприемник и объектив установлены один напротив другого на основаниях цилиндрического корпуса, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и уменьшения габаритов, источник модулированного света установлен на боковой поверхности цилиндрического корпуса, а фотоприемник выполнен позиционно-чувствительным.

r-CZh

ВНИИПИ Заказ 2223/39 Тираж 670Подписное

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения линейных перемещений, например, шара с. отражающей поверхностью, вывешенного в неконтактном подвесе. Целью изобретения является упрощение конструкции и уменьшение габаритов за счет исключения механических элементов, что достигается применением пози- ционно-чувствительного (квадрантного) фотоприемника. В оптической системе объектив- зеркало увеличение равно К г, где d - расстояние от фотоприемника до объектива, f - расстояние от объектива до центра зеркала (сферы), т. е. в датчике есть «оптический рычаг. При смещении на X пятно на фотоприемнике смещается на КХ (чувствительность возрастает в К раз). Положительный эффект может быть достигнут путем уменьшения радиуса выпуклого зеркала, т. е. величины /. 1 ил. С2 $3 (Л ю ьо со ел