Фотоэлектрический датчик перемещений Советский патент 1989 года по МПК G01B21/00 

ОД

4оосо

ГчЭ

ел

СЛ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения объекта, имеющего отражающую поверхность. Цель изобретения - повышение чувствительности - достигается за счет увеличения амплитуды сигнала путем суммирования сигналов оптических каналов при сохранении компенсации помех, вызванных температурной нестабильностью фотоприемников и излучателей. Световые пучки излучателей 1,5, промодулированные сигналом с разными фазами, отражаясь от объекта, попадают на фотоприемники 4,8, амплитуда выходных сигналов которых несет информацию о величине перемещения. Сигналы с выходов фотоприемников 4,8 суммируются с сигналом от генератора 9. Фазометр 14 вычисляет разность фаз полученных сигналов, по которой судят о величине перемещения. 2 ил.

фиг. 1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения перемещения объекта, имеющего отражающую поверхность.

Цель изобретения - повышение чувствительности фотоэлектрического датчика перемещений - достигается за счет увеличения амплитуды сигнала путем суммирования сигналов оптических каналов при сохранении компенсации помех, вызванных температурной нестабильностью фотоприемни- ков и излучателей.

На фиг. 1 изображена функциональная схема фотоэлектрического датчика перемещений; на фиг. 2 - векторная диаграмма сигналов, формируемых на входах фото- приемников.

Фотоэлектрический датчик перемещений содержит оптически связанные первый оптический канал, состоящий из первого излучателя 1, первого подводящего световода 2, первого отводящего световода 3, первого фо- топриемника 4, второй оптический канал, состоящий из второго излучателя 5, второго подводящего световода 6, второго отводящего световода 7, второго фотоприемника 8, генератор 9, первый фазовращатель 10, вход которого соединен с генератором 9, а выход - с первым излучателем 1, второй фазовращатель 11, вход которого-соединен с генератором 9, а выход - со вторым излучателем 5, первый сумматор 12, первый вход которого соединен с выходом генера- тора 9, а другой вход - с выходом фотоприемника 4, второй сумматор 13, первый вход которого соединен с выходом генератора 9, а второй вход - с выходом фотоприемника 8 фазометр 14, входы которого соединены с выходами сумматоров 12 и 13.

Фотоэлектрический датчик перемещений работает следующим образом.

Генератор 9 осуществляет модуляцию светового потока первого излучателя 1 через фазовращатель 10, а второго излучателя 5 через фазовращатель 11.

Фазовращатели 10 и 11 задают углы между фазой сигнала генератора 9 и фазой модуляции излучения первого излучателя 1-фо и между фазой сигнала генератора 9 и фазой модуляции излучения второго излучателя 5-фо соответственно, отличные от 0° и 180° и противоположны по знаку. Для обеспечения максимальной чувствительности и линейности рекомендуется выбирать |Ф0| |-ф0 | 145° (определены экспериментально).

Световые пучки, формируемые излучателями 1 и 5 направляются через подводящие световоды 2 и б на отражающую поверхность объекта 15.

При перемещении объекта 15 в направлении, нормальном к торцу датчика, меняет-- ся интенсивность отраженных световых пучков. Отраженные пучки через отводящие световоды 3 и 7 поступают на фотоприемники 4 и 8.

На первом 4 и втором 8 фотоприемниках формируются сигналы Ј/4 и Us, величина которых зависит от контролируемого перемещения X, сдвинутые относительно напряжения генератора 9 на углы фо и фо соответственно.

Выходные напряжения J и U поступают на один из входов сумматоров 12 и 13 соответственно, на другой вход которых поступает сигнал Ur с генератора.

В сумматорах происходит суммирование векторов Ur и ЈЛ и Us в комплексной плоскости, а именно:

в сумматор е 12:

,+ Ј/4;(1)

в сумматоре 13

Ј/,3 Ј/r+Ј/8,(2)

где U(U)eiff;

U - амплитуда сигнала;

Ф - фаза сигнала.

Из векторной диаграммы (фиг. 2) следует, что при изменении сигналов Ј/4 и Оа меняется величина и направление суммарных напряжений и на выходе сумматоров 12 и 13.

На векторной диаграмме сигнал с индексом и соответствует началу диапазона измерения, с индексом к - концу диапазона измерения.

Фаза суммарного сигнала и фаза фи суммарного сигнала относительно фазы напряжения Ur генератора определяются соответственна

cpl2 arctg,-тттт77-;;

&С05ф0+(Ј/г/Ј/12)

(3)

,51Пф6

9i3 arctgП 7ГГ7ТГ

YЬсо5фо+(иг/и|3

(4)

Выходные напряжения Ui2 и Ui3 с сумматоров 12 и 13 поступают на входы измерителя разности фаз, на выходе которого напряжениями и Ј/|з определяется разность фаз, являющаяся выходным сигналом датчика.

Фаза ф выходного сигнала определяется выражением (5)

ЗШфо

Ф ф12+Ф1з агс1 JL+

С05фо+(Ј/г /Ј/12)

50

. я rest-П- -0-

С08фо +()

(5)

При j фо1 |фо ( и Uis выражение (5) примет вид

Ф 2агс1д TJJJ--,(6)

ёС05фо-ИЈ/г/Ј/12)V

Используя (6), вычисляют Ј/|2, по величине которого судят о величине перемещения.

Формула изобретения

Фотоэлектрический датчик перемещений, содержащий два оптических канала, каждый из которых состоит из оптически связанных излучателя и установленных последовательно вдоль светового луча подводящего у( отводящего световодов и фотоприемника, генератор, фазовращатель, вход которого соединен с выходом генератора, а выход - с входом излучателя первого оптического канала, и фазометр, отличающийся

0

тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен вторым фазовращателем, вход которого соединен с выходом генератора, а выход - с выходом излучателя второго оптического канала, первым и вторым сумматорами, первые входы которых соединены с выходом генератора, а вторые входы соединены с выходами фотоприемников соответственно первого и второго оптических каналов, а выходы сумматоров соединены соответственно с первым и вторым входами фазометра.

Фиг. 2