Фотоэлектрическое устройство для контроля углового положения светоизлучающих объектов Советский патент 1987 года по МПК G01B21/22 

11

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля углового положения точечных удаленных светоизлу- чающих объектов.

Цель изобретения - обеспечение избирательности контроля источников когерентного светового потока путем понижения чувствительности к фоновым засветкам и повышение надежности.

На фиг, 1 показана конструкция фотоэлектрического устройства для контроля углового положения светоиз лучающих объектов; на фиг, 2 - электрическая схема устройства.

Устройство содержит фотопреобразователь i, выполненный в виде плоской полупроводниковой фотодиодной матрицы 2 с нечетным, числом идентичных фотодиодов 3. На поверхности матрицы 2 установлена диафрагма, выполненная в виде пластины 4 из свет поглощающего материала, например из пористого графита. В пластине 4 перпендикулярно ее поверхности выполнены сквозные каналы 5, расположенные идентично расположению фотодиодов 3 матрицы 2. Диаметр каналов приблизительно равен линейному размру чувствительной поверхности фото- диодов 3. Толщина пластины 4 более, чем на два порядка превышает линейный размер чувствительной поверхности фотодиодов 3. Матрица 2 и пла

тина 4 помещены в общий корпус и закрыты прозрачной пленкой, К фотодиодам 3 подключен блок обработки сигнала, выполненный в виде компаратора 6 с резистором 7 положительной обратной связи. К цепям питания компаратора 6 подключен источник 8 питания постоянного тока.

Между неинвертирующим. входом компаратора 6 и положительной цепью питания источника 8 подключен опорный резистор 9. К инвертирующему входу компаратора 6 подключены одним из выводов, входные резисторы 10. Другими выводами входные резисторы 10 подключены к катодам фотодиодов 3, Число п входных резисторов 10 равно числу фотодиодов и их сопротивление в п/2 раз больше сопротивления резистора 9. К неинвертирующему входу компаратора 6 подключены также балансный резистор 11 и резистор 7 положительной обратной . Их сопротивление во много раз ёбльше

5

0

5

5

величины сопротивления входных резисторов 10. Аноды фотодиодов 3 полупроводниковой матрицы 2 подключены к отрицательной шине источника 8 питания.

Устройство для контроля углового положения светоизлучающих объектов работает следующим образом,

В положении светоизлучающего объекта, при котором излучаемый им световой поток строго перпендикулярен плоскости фотопреобразователя 1 , световой поток попадает на чувствительную поверхность фотодиодов 3, что приводит к появлению фототока в их цепях. Эквивалентное сопротивление параллельно включенньсх входных резисторов 10 при этом в два раза меньше сопротивления опорного резистора 9. Разность сигналов на входах компаратора 6 при этом положительна, вследствие чего на выходе компаратора 6 формируется сигнал напряжения положительной полярности, свидетельствуюп(ий о строгой перпендикулярности светового потока фото- преобразователк 1, Это состояние сохраняется при выходе из строя (обрыве) примерно половины фотодиодов 3.

При отклонении углового положения объекта контроля от строго перпендикулярного положения по отношению к пла.стине 4 фотопреобразователя 1 световой поток попадает на стенки отверстий в пластине 4 и поглощается 1ми. Если величина углового отклонения

d

превышает величину X arc

tg

где d - диаметр отверстия, 1 - толщина пластины, световой поток не попадает на поверхность фотодиодов, В результате величина эквивалентного резистора в цепи инвертирующего входа усилителя становится близкой к бесконечности, разность сигналов на входах-усилителя меняет знак, и сигнал иа его выходе становится отрицательным .

Это состояние сохраняется устой- чивь1м при выходе из строя (пробое) примерно половины фотодиодов 3, Так как тотщина пластины 4 больше чем на два порядка превышает величину минимального размера чувствительной поверхности фотодиодов 3, устройство обладает высокой разрешающей способностью и обеспечивает .Чйлзьвствительность к фоновому световому потоку, создаваемому точечными источниками, в том случае, если некогерентность светового потока превосходит величину ok . Благодаря этому обеспечивается избирательность контроля источников когерентного светового потока. Резервирование и логическое осреднение сигналов фотодиодов, осуществляемое в блоке обработки сигнала, обеспечивает устойчивую работу устройства при выходе из строя фотодиодов, их частичной фоновой засветке или загрязнении каналов диафрагмы фотопреобразователя, что повышает надежность устройства.

Формула изобретения

Фотоэлектрическое устройство для контроля углового положения светоиз- лучяющих объектов, содержащее фотопреобразователь с диафрагмой, подключенный к нему блок обработки сигнала и источник питания постоянного тока, отличающееся тем, что, с целью обеспечения избирательности контроля источников когерент- ного светового потока и повьшения

0

5

0

5

надежности, фотопреобразователь выполнен в виде полупроводниковой фотодиодной матрицы с нечетным числом идентичных фотодиодов, диафрагма выполнена в виде пластин из светопогло- щающего материала со сквозными каналами, расположенными идентично расположению фотодиодов матрицы, толщина пластины более, чем на два порядка превышает линейный размер чувствительной поверхности фотодиодов, блок обработки сигнала выполнен в виде компаратора с п входными резисторами, подключенными одними из выводов к его инвертирующему входу, и опорньм резистором, подключенным между неинвертирующим входом компаратора и положительной шиной источника питания, число входных резисторов равно числу фотодиодов, аноды фотодиодов подключены к отрицательной шине источника питания, свободные выводы входных резисторов подключены к катодам фотодиодов, а сопротивление входных резисторов в п/2 раз больше сопротивления опорного резистора.

Редактор Н.Тупица

Составитель Е.Глазкова Техред В .Кадар

609/47

Тираж 678 . - 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

фиг. 2

Корректор М.Пожо

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля угловых положений светоизлучающих обтлктов. Целью изобретения является обеспечение избирательности контроля источников когерентного светового потока путем понижения чувствительности к фоновым засветкам и повывение надежности. Устройство содержит фотопреобразова I / . Л-г /1 тель 1 и подключенный к нему ёлок обработки сигнала. Фотопреобразона- тель 1 выполнен в виде полупроводниковой фотодиодной матрицы 2 и диафрагмы, выполненные в виде пластины 4 из светопоглощающего материала, например из пористого графита, со сквозными каналами напротив фотодиодов матрицы 2. Блок обработки сигнала реализует функцмо сигнализации. Сигнал напряжения на его выходе по- являетря в том случае, если засвечены по крайней мере п/2+1 фотодиодов , где п - число фотодиодов матрицы 2. Благодаря тому, что толщина пластины 4 и, следовательно, длина на два и более порядков превьшает диаметр каналов, обеспечивается избирательность контроля точечных источников когерентного светового потока. За счет резервирования фоточувствительных элементов фотрпреоб- разователя повьшается надежность устройства. 2 ил. (Л с tsD СО ел to ю сх фг/./