Фотоэлектрический преобразователь перемещений Советский патент 1988 года по МПК G01B21/00 

да

00

со ю

со

С35 00

фчя.Г

I Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля, индикации и измерения линейных перемещений различ- Иых контролируемых объектов.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерений путем автоматизации процесса вычисления координат,

; На фиг. 1 изображена структурная |схема фотоэлектри11еского преобразователя перемещений; на фиг. 2 - схема фотопотендиометра; на фиг. 3 - экви- |валентная электрическая схема фото- 1 потенциометра.

I Фотоэлектрический преобразователь I перемещений содержит источник 1 света, последовательно установленные по ходу светового луча теневую маску 2, жестко связьгеаемую с контролируемым объектом и имеющую прозрачное окно с монотонно изменяющимся поперечным сечением, фотопотенциометр 3, источник 4 переменного напряжения, фазометр 5 и амперметр 6.

Фотопотенциометр 3 выполнен в вид последовательно расположенных резис- тивного слоя 7, соединенного с выходом источника 4 переменного напряжения, фотопроводящего 8, диэлектрического 9 и коллекторного 10 слоев, соединенного с входами фазометра 5 и амперметра 6.

Фазометр 5, функциональный преобразователь 11,первый блок 12 деления квадратор 13, первый сумматор 14, блок 15 выделения квадратного корня, первьй блок 16 умножения, второй бло 17 деления, третий блок 18 деления, второй сумматор 19 и второй блок 20 умножения соединены последовательно.

Первый выход блока 21 коэффициентов через четвертый блок 22 деления подключен к второму входу блока 16 умножения, выход которого соединен с вторыми входами блока 18 деления и блока 20 умножения.

Выход амперметра 6 соединен с вторым входом блока 22 деления.

Второй, третий и четвертый вьпсоды блока 21 коэффициентов подсоединены соответственно к второму входу блока 12 деления, выход которого соединен с вторым входом блока 17 деления и к вторым входам сумматоров 14 и 19.

Выходы блоков 20 и 16 умножений являются соответственно первым и

,

923682

вторым выходами фотоэлектрического преобразователя перемещений.

Фотоэлектрический преобразователь перемещений работает следующим образом.

Луч света от источника 1, проходя через прозрачное окно теневой маски 2, падает на чувствительную поверх 0 ность фотопотенциометра 3. При этом освещенная область будет повторять конфигурацию прозрачного окна теневой маски 2. Сопротивление освещенного участка фотопроводящего слоя 8

с длиной 1 близко к нули, что обеспечивает протекание переменного тока через фотопотенциометр 3, Если предположить, что сопротивление резистив- ного слоя 7 изменяется линейно по

2Q координате X, а толщина диэлектрического слоя 9 постоянна, то эквивалентная электрическая схема фотопотенциометра 3 может быть представлена в виде набора элементарных сопротивле25 НИИ г и емкостей С, коммутируемых в зависимости от размера 1 освещенной области фотопроводящего слоя 8. В этих условиях полное сопротивление цепи фотопотенциометра 3 описьшается выражением .

30

2

R +

1

( 1л

(1)

35

где ,k(x- .

, w

с- - круговая частота источника

переменного напряжения;

у

ke

и

- постоянные координаты; X и Y - координаты контролируемого

объекта.

Выражение, описьгоающее протекающий через фотопотенциометр 3 ток, имеет вид

0

() sin(a)t-fcf), (2) о

где q arctgRtoC;

V - амплитуда напряжения источника 4 переменного напряжения.

Проведя несложные преобразования, можно записать

Uk. у .

1

5

4k:(x-ke/2y)y + r Т arctgk()y, где k,ukj-kp; .

(3) (4)

Величины I к if измеряются соответственно амперметром 6 и фазометром 5/ Сигнал с выхода фазометра 5 поступает на вход функционального преобразо- вателя 11, реализующего функцию tg. На выходе преобразователя 11 формируется сигнал kj(x-kj/2у)у, который делится в блоке 12 деления на сигнал k, поступающий на второй вход блока 12 деления со второго выхода блока 21 коэффициентов. Сигнал (x-kg/2y)y с выхода блока 12 деления поступает на второй вход блока 17 деления. Кроме того, сигнал с выхода функционального преобразователя 11 поступает в квадратор 13, после чего суммируется в сумматоре 14 с сигналом I, поступающим с третьего выхода блока 21 коэффициентов, и поступает в блок 15 выделения квадратного корня. На выходе блока 15 выделения квадртаного корня формируется сигнал (k|(x- 4cg/2-y) у + 1 ), поступающий на блок 16 умножения, В то же время сигнал с выхода амперметра 6 поступает в блок 22 деления, где он делится на сигнал UK, , поступающий с первого выхода блока 21 коэффициентов и на выходе блока 22 деления формируется сигнал y(kf/x-kg/2y). ( ) , который поступает на второй вход блока 16 умножения. Таким образом, на выходе блока 16 умножения формируется сигнал у, который поступает на второй выход фотоэлектрического преобразователя перемещений, на вход блока 17 деления и на вторые входы блока 18 деления и блока 20 умножения. На выходе блока 17 деления формируется сигнал (x-kj/2y), который делится в блоке 18 деления на сигнал у, РезульX ke тирующий сигнал - - - складывается

в сумматоре 19 с сигналом - , по-

ступающим с четвертого выхода бло- ка 21 коэффициентов, после чего, умножается в блоке 20 умножения на сигнал у. Таким образом, на выходе блока 20 умножения являющемся первым выходом фотоэлектр ического преобразователя перемещений, формируется сигнал X.- .

Предлагаемый преобразователь (в отличие от известных) обеспечивает Re зависим ) р. определение координат X и Y полоя ения контролируемого объекта, причем выходные сигналы преоб- разов,тг ; :|я соответств тот значениям

д 5 0 5 о Q

с

5

указанных искомых координат и могут быть непосредственно использованы без дополнительной обработки.

Формула изобретения

Фотоэлектрический преобразователь перемещений, содержащий источник света, по.следовательно установленные по ходу светового луча, жестко связываемую с объектом контроля теневую маску, имеющую прозрачное окно с монотонно изменяющимся поперечным сечением и фотопотенциометр, источник переменного напряжения, фазометр и амперметр, фотопотенциометр состоит из последовательно расположенных ре- зистивного, фотопроводящего, диэлектрического и коллекторного слоев, соединенного с выходами фазометра и амперметра, резистивный слой соединен, с выходом источника переменного напряжения, отличающийся тем, ЧТО , с целью повьппения точности и быстродействия измерения, он снабжен последовательно соединенными функциональным преобразователем и первым блоком деления, последовательно соединенными квадратором, первым сумматором, блоком выделения квадратного корня, первым блоком умножения, вторым и третьим блоками деления, вторым с умматором и вторым блоком умножения, последовательно . соединенными блоком коэффициентов и четвертым блоком деления, вход квадратора соединен с выходом функционального преобразователя, второй вход второго блока деления соединен с выходом первого блока- деления, второй вход четвертого блока деления соединен с выходом амперметра, выход четвертого блока деления соединен с вторым входом первого блока умножения, выход фазометра соединен с входом функционального преобразователя, выход первого блока умножения соединен с вторыми входами третьего блока деления и второго блока умножения, выход которого является первым выходом фотоэлектрического преобразователя перемещений, второй, третий и четвертый выходы блока коэффициентов соединены с вторыми входами соответственно первого блока деления, первого и второго сумматоров, выход первого блока умножения является вторым выходом фотоэлектрического преобразователя перемещений.

9

W

фие.г

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерения путем автоматизации процесса вычисления координат. Световой поток от источника Т света засвечивает определенный участок фотопотенциометра 3 через теневую маску 2, жестко связанную с объектом. К фотопотенциометру 3 подключен амперметр 6 и фазометр 5, которые фиксируют значения тока и фазы сигнала, соответствующего засвеченному участку фотопотенциометра 3. Эти значения, пропорциональные измеряемым координатам X и Y перемещения объекта, поступают на входы блока вычислений, зы- ходными сигналами которого являются величины координат X и Y перемещения объекта. 3 ил.

фиё.