Реверсивное фотоэлектронное устройство для измерения перемещения Советский патент 1987 года по МПК G01B21/00 

Изсчбретенне относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для оперативного контроля перемещений объектов, со- Bepiuaioo trx возвратно-поступательное или возвратно-вращательное движение. Целью изобретения, является повышение точности измерений и упроще- ние конструкции за счет расположения двух фоточувствительных элементов в плоскости изображения щели кодовой маски.

На фиг.1 представлена структурная схема реверсивного, фотоэлектрон- устройства для измерения перемещения; на фиг.2 а,б - диаграммы сигналов на элементах схемы устройства.

Устройство состоит из фотоэлект- роннрго датчика 1, который содержит источник 2 излучения, расположенную по ходу потока излучения кодовую маску 3, выполненную в виде кольцевой линейки, кинематически связанной с об7зектом, фоточувствительные менты 4 и пару усилителей 5, подключенных к выходам соответствующих фоточувствительных элементов 4,входящие в состав микросхемы 6 и схемы обработки информации, состоящей из пары компараторов 7 и 8, входы которых подключены к выходам соответствующих усилителей 5, пары D-триггеров 9 и 10, пары инверторов 11 и 12,элемента 13 ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ С РШВЕРСИ- ЕЙ, пары элементов 14 и 15 И и реверсивного счетчика 16. Выход компаратора 7 соединен с D-входом триггера 9, С-входом .триггера 10, первым входом элемента 15 И и через инвертор 11 - с вторым входом элемента 14 И, а выход компаратора 8 соединен с П-входом триггера 10, С-входом триггера 9, первым входом элемента 14 И и через инвертор 12 - с вторым входом элемента 15 И. Выхо триггера 9 соединен с третьим входом элемента 14 И и с одним из входов элемента 13 ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ С ИНВЕРСИЕЙ, а выход триггера 10 соеднен с третьим входом элемента 15 И и с другим входом элемента 13 ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ С ИНВЕРСЖЙ, выход которой соединен с четвертыми входами элементов 14, 15 И. Выходы элементов 14, 15 И соединены с соответствующими входами реверсивного счетчика 16.

Фоточувствительные элементы А расположены в плоскости изображения соответствующей щели кодовой маски 3 так, что они перекрываются изображением щели при ее перпендикулярном положении к оптической оси датчика 1 .

Устройство работает следующим образом.

При движении объекта контроля, кинематически связанного с кодовой маской 3, излучение с выхода источника 2 излучения через оптически про5 зрачные щели кодовой маски 3 воздействует на фоточувствительные элементы 4 фотоэлектронной микросхемы 6, которые преобразуют излучение в электрический сигнал в виде двух

Последовательностей импульсов синусоидальной формы, смещенных относительно друг друга по фазе на угол, равный ± ( . После усиления по току с помощью усилителей 5 сигналы посту5 пают на входы компараторов 7 и 8, которые преобразуют сигналы в последовательности импульсов прямоугольной формы с положительной полярностью.

0 На фиг.2а х2 ( ы + if) - сигнал, следующий с выхода компаратора 8, а х1 (со), - сигнал, следующий с выхода компаратора 7. Сигнал х1 (w) одновременно поступает на D-вход

g триггера 9, С-вход триггера 10, на первый вход элемента 15 И и через инвертор 11 - на второй вход элемента 14 И, а сигнал х2 ( w + ч } поступает на D-вход триггера 0, СQ вход триггера 9, на первый вход элемента 14 И и через инвертор 12 - на второй вход элемента 15 И.Принимая во внимание, что информация с D-BXO- да триггера передается на его выход

ц по переднему фронту импульса, поступающего на С-вход, на выходе у1 триггера 9 записывается логическая единица, а на выходе у2 триггера 10 - логический ноль. Эти логические сигналы подаются на входы элемента 13 ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ С ИНВЕРСИЕЙ, на выходе которого в этом случае имеет место логическая единица, которая поступает на четвертые входы элементов 14, 15 И.Так как на третьем и четвертом входах элемента 14 И приложены логические единицы, то на ее выход проходят импульсы, ограниченные задними фронтами последова0

5

3. 1

тельностей импульсов х1 (to) и х2 ( ы + Ч }, т.е. импульсы х/х2, и их ширина соответствует фазовому сдвигу Lf (фиг.2а). Эти импульсы поступают на шину плюс реверсивного счетчика 16, который суммирует их. При изменении направления движения объекта знак фазового сдвига меняется на противоположный (фиг.26), триггеры 9 и 10 переключаются в противоположные состояния, поэтому на выходе элемента 15 И проходят импульсы, ограниченные задними фронтами последовательностей импульсов х1 (ю) и х2 ( U. - 1), т.е. импульсы х/х2, которые поступают на шину минус счетчика 16.При реверсах кодовой маски 3 на выходах у1, у2 триггеров 9 и 10 могут появиться одновременно логические нули или единицы в зависимости от первоначального направления ния. В этих случаях с выхода элемета 13 ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ С ИНВЕРСИЕЙ на четвертых входах элементов 14, 15 И поступает сигнал запрета, т.е. логические нули. Это позволяет при таких колебаниях кодовой маски,когда ближайшая к оптической оси щель изменяет свое положение в пределах своей ширины относительно фоточувствительных элементов 4, не пропускать на входы счетчика ложные импульсы.

Формула изобретени

Реверсивное фотоэлектронное устройство для измерения перемещения, содержащее фотоэлектронный датчик, состоящий из источника излучения и расположенных по ходу потока излучения кодовой маски, кинематически связываемой с объетом,и двух фоточувствительных элементов, и схему о7657

0

5

0

5

0

5

0

работки информации, состоящую ич двух триггеров, входы котормх . о. ди- нены с выходами фотоэлектронн чч датчика, двух элементов И и реверсивного счетчика, входы которого через элементы И соединены с выходами соответствующих триггеров, о т- личающее ся тем, что, с целью повышения точности измерений и упрощения конструкции, устройство снабжено усилителями, установленными на выходах фоточувствительных элементов, элементом ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ С ИНВЕР-СИЕЙ, парой инверторов и парой компараторов, а оба фоточувствитель- ных элемента расположены в плоскости изображения щели кодовой маски, при этом выход первого фоточувствительного элемента через первый усилитель и первый компаратор соединен с D-входом первого D-триггера, С-входом второго D-триггера, первым входом второго элемента И и через первый инвертор - с вторым входом первого элемента И, а выход второго фоточувствительного элемента через второй усилитель и второй компаратор соединен с D-входом второго D-триггера, С-входом первого D-триггера, первым входом первого элемента И и через второй инвертор - с вторым входом второго элемента И, выход первого D-триггера соединен с третьим входом первого элемента И и с первым входом элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ С ИНВЕРСИЕЙ, а выход второго D-триггера соединен с третьим входом второго элемента И и с вторым входом элемента ЭКВИВАЖНТНОСТЬ С ИНВЕРСИЕЙ, выход которого соединен с четвертыми входами элементов И, вы- выходы которых соединены с соответствующими входами реверсивного счетчика.

Редактор Н.Горват

Составитель О.Смирнов

Техред М.Ходанич Корректор Л. Бескид

Заказ 4117/35 Тираж 676Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Пронтродгтвенно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, y.ii.Проектная,4

Фиг 2

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерений и упрощение конструкции за счет расположения фоточувствительных элементов 4 в плоскости изображения щели кодовой маски 3. Фоточувствительные элементы 4 расположены так, что они перекрываются изображением щели при ее перпендикулярном положении к оптической оси датчика 1. Применены в схеме обработки информации элемент 13 ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ С ИНВЕРСИЕЙ, пара инверторов 11, 12 и пара компараторов 7, 8с их взаимосвязями, что позволяет устранить погрешности измерения от воздействия вибраций, направленных вдоль оси движения объекта, использовать один источник 2 излучения,по одной паре триггеров 9, 10 и схем 14 и 15 совпадения, обеспечить независимость абсолютной величины фазового сдвига от разброса параметров кодовой маски 3. 2 ил. (Л