Фотоэлектрический датчик перемещения Советский патент 1987 года по МПК G01B21/00 

11283527

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к системам автоматического редиже с

гулирования, и может быть использовано в оптико-электронных приборах с электромеханическими сканирующими устройствами, преобразующими вращательное движение привода в колебательное движение вала.

Цель изобретения - повьшение точности измерения путем стабилизации крутизны преобразования величины перемещения и обеспечение фиксации нулевого уровня.

На фиг.1 изображена блок-схема фотоэлектрического датчика перемещения , на фиг.2 - схема сканирующего устройства , на.фиг.3 - временные диаграммы работы фотоэлектрического датчика.

Фотоэлектрический датчик перемещения содержит источник 1 излучения, шторку 2, изменяющую площадь засветки светочувствительной поверхности приемника 3 излучения и расположенную между источником 1 и приемником 3, подключенным к входу усилителя 4 (постоянного тока) с резистором 5 обратной связи, блок 6 коррекции светового потока. Выход лителя 4 подключен к информационному входу блока 6 коррекции светового потока, фотоэлектрический датчик 7 нулевого положения, подключенный к управляющему входу блока 6, а к выходу блока 6 подключен источник 1 излучения.

Блок 6 коррекции светового потока содержит источник 8 эталонного напряжения и последовательно соединенные сумматор 9, электронный ключ 10, интегратор 11, фильтр 12 низкой частоты и согласующий элемент 13. При этом один из входов сумматора 9 подключен к источнику 8 эталонного напряжения, другой является информационным входом блока 6 коррекции светового потока, а выход сумматора 9 является выходом фотоэлектрического датчика перемещения.

Шторка 2 механически связана с валом 14 Сканирующего устройства 15 содержащего эксцентрик 16 и механизм 17 обегания, и входит в состав устройства 15.

Датчик 7 нулевого положения, выполненный на паре светодиод-фотодиод содержит также модулятор 18 в виде

диска с двумя диаметрально расположенными прорезями 19, соединенного с эксцентриком 16.

Устройство работает следующим образом.

Сканирующее устройство 15 с помощью механизма 17 обегания преобразует вращательное движение эксцентрика 16с угловой скоростью ( в колебательное движение вала 14 и шторки 2 с углом J: cjL относительно нулевого положения шторки 2 с периодом 1

Т

5

2W

При перемещении шторки 2

0

5

происходит изменение площади засветки приемника 3 и, следовательно,выходного сигнала U усилителя 4. Положение модулятора 18 фиксируется. относительно эксцентрика 16 таким образом, чтобы момент формирования сигнала длительностью t датчика 7 нулевого положения соответствовал прохождению валом 14 и закрепленной на нем. шторки 2 нулевого положения.

Датчик 7 нулевого положения за период Т колебания вырабатывает два импульса длительностью t,, определяемой шириной прорези 19. В течении действия импульса длительностью ц

замыкается электронный ключ 10 и на вход интегратора 11 подается напряжение , равное сумме входного напряжения и усилителя 4 и эталонного напряжения Ug источника 8 эта5 лонного напряжения, имеющего противоположную полярность (фиг.З).

Выходное напряжение 11 интегратора 11 через фильтр 12 низкой частоты и согласующий элемент 13 изме0

5

няет ток I, источника 1 и пропорциональное ему среднее значение сигнала усилителя 4-таким образом,чтобы уменьшить среднее значение действующего в течение импульса длительностью t сигнала рассогласования на входе интегратора 11 до величины статической ошибки. На ин50

55

тервале (длительностью t ) разомкнутого состояния ключа 10 интегратор 11 представляет собой емкостную ячейку памяти, и его выходное напряжение U( остается практически неизменным, чем обеспечивается постоянство светового потока источника 1.

В установившемся режиме осуществляется периодическая коррекция крутизны преобразования датчика перемещения путем стабилизации мгновенного значения сигнала U на уровне эталонного напряжения при определенном (нулевом) положении шторки 2, при этом

нулевому положению в момент - соответствует нулевое значение выходного напряжения фотоэлектричесрЬ1л

кого датчика перемещения (выходным -напряжением фотоэлектрического датчика перемещения является выходное напряжение U g сумматора 9) с погрешностью, определяемой ошибкой по входу интегратора 11 на интервале длительностью tj, . Пульсация dU выходного напряжения U,, интегратора 11 определяется погрешностью на интервале

Т

длительностью (у t,) и дополнительной пульсацией dUaon , обусловленной переменной составляющей сигнала на его входе на интервале длительностью t, амплитуда которой примерно пропорциональна t, для малых значений t.

uU

д1

еж

tj ,

где Ig - дрейф входного тока интегратора 11,

С - величина интегрирующей .емкости

tnl2

t-./2

J U. 4 g

Фильтр 12 низкой частоты сглаживает эту дополнительную пульсацию jia выходе интегратора 1 1 на интер- вАле длительностью t, . Постоянная времени фильтра 12 низкой частоты выбирается из соображений устойчивости и близкого к апериодическому виду переходного процесса замкнутой импульсной следящей системы с интегрирующей обратной связью.

Погрешность ди,д по входу интегратора 11 на интервале длительностью t п равна

4U

10

,± I.,, R-Q,

R - сопротивление интег;2ирующей цепи, Alj - дрейф входного тока интегратора 11;

Q

I-t 2

скважность импульсов;

ли.

- напряжение смещения нуля интегратора 11. Для минимизации ошибки параметры схемы выбираются таким образом,чтобы удельный вес обеих составляющих ошибок был примерно одинаков.

Формула изобретения

1.Фотоэлектрический датчик перемещения, содержащий источник излучения и приемник излучения, сканирующее устройство, включающее эксцентрик, механизм обегания и вал со шторкой, предназначенное для преобразования вращательного движения

эксцентрика в колебательное движение вала, шторка сканирующего устройства расположена между источником и приемником излучения, усилитель, вход которого Связан с приемником излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и обеспечения фиксации нулевого уровня, он снабжен фотоэлектрическим датчиком нулевого положения, выполненным

в виде светодиода, фотодиода и модуляционного диска с двумя диаметрально расположенными прорезями, механически связанного с осью эксцентрика сканирующего устройства и размещенного между светодиодом и фотодиодом, блоком коррекции светового потока, управляющий вход которого соединен с датчиком нулевого положения, информационный вход - с выходом усилителя, а выход соединен со светодиодом.

2.Датчт поп.1, отличающийся тем, что блок коррекции светового потока выполнен в виде

сумматора, источника эталонного напряжения и последовательно соединенных электронного ключа, интегратора, фильтра низкой частоты и согласующего устройства, причем один из входов

сумматора соединен с источником эталонного напряжения, другой вход является информационным входом блока коррекции светового потока, а выход сумматора является выходом фотоэлектрического датчика перемещения.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерения путем стабилизации крутизны преобразования величины перемещения и обеспечения фиксации нулевого уровня.Датчик, содержащий сканирующее устройство со шторкой и модулятор 18 с прорезями 19, обеспечивает формирование нулевого сигнала при среднем положении шторки. Датчик содержит также блок коррекции светового потока, обеспечивакнций стабилизацию потока источника, исключающего воздействие, в частности, температурной нестабильности. 1 з.п. ф-лы. 3 ил. ., (Л cpus.2

и,

Составитель Г. Глазкова Редактор Н. Слободяник, Техред М.Ходанич Корректор М. Пожо

7426/36

Тираж 677 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

3/

fui3