Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код Советский патент 1989 года по МПК H03M1/30 

(Л

5

ник 1 излучения, щелевую диафрагму 2, фотоприемни и 3,4, суммирующий усилитель 5, резисторный делитель 6 напряжения, компараторы 7-9, усилитель 10 постоянного тока и дешифратор 11, дополнительно между источником излучения и фотоприемниками введен волоконно-оптический преобразователь, выполненный в виде двух паке- д тов световодов 13,14, входные торцы 15,16 которых уложены в плоскость, пернендикулярную направлению излучению, и образуют прямоугольный эк- ран, а выходные торцы 17,18 в соот- J5 ветствии с укладкой входных торцов 15,16 собраны в два пучка и через оответствующие оптические системы 19,20 сопряжены с фотоприемниками 3,4. Кроме того, диафрагма 2 жестко 20 вязана с источником 1 излучения

и имеет щель шириной, равной шагу квантования преобразователя. При этом распределение световодов в волоконно-оптическом преобразователе на два пакета осуществлено по закону обратной нелинейной световой характеристики фотоприемников 3,4. Освещаемая входным лучом минимальная площадь для каждого пакета световодов определяется из соотношения fVot

мин F f отношение

О /с П

сигнал/шум фотоприемников 3,4; среднее квадратичное значение шума

- коэффициент пропускания волоконно-оптического преобразователя;

f.- чувствительность по напряже- -нию; Е р - пороговая освещенность фотоприемников 3,4. 1 з.п. ф-лы, 1 ил,

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для цифрового измерения линейных перемещений. Целью изобретения является повышение точности, расширение диапазона измерений и линеаризация выходной характеристики преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий источник 1 излучения, щелевую диафрагму 2, фотоприемники 3, 4, суммирующий усилитель 5, резисторный делитель 6 напряжения, компараторы 7-9, усилитель 10 постоянного тока и дешифратор 11, дополнительно между источником излучения и фотоприемниками введен волоконно-оптический преобразователь, выполненный в виде двух пакетов световодов 13, 14, входные торцы 15, 16 которых уложены в плоскость, перпендикулярную направлению излучения, и образуют прямоугольный экран, а выходные торцы 17, 18 в соответствии с укладкой входных торцов 15, 16 собраны в два пучка и через соответствующие оптические системы 19, 20 сопряжены с фотоприемниками 3, 4. Кроме того, диафрагма 2 жестко связана с источником 1 излучения и имеет щель шириной, равной шагу квантования преобразователя. При этом распределение световодов в волоконно-оптическом преобразователе на два пакета осуществлено по закону обратной нелинейной световой характеристики фотоприемников 3, 4. Освещаемая входным лучом минимальная площадь для каждого пакета световодов определяется из соотношения S_мин=(β√U²M)/(τ₀γ_C^.E_N), где β - отношение сигнал/шум фотоприемников 3, 4, U_M - среднее квадратичное значение шума, τ₀ - коэффициент пропускания волоконно-оптического преобразователя, γ_с - чувствительность по напряжению, E_N - пороговая освещенность фотоприемников 3,4. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для цифрового измерения линейных перемещений.

Цель изобретения - повышение точности, расширение диапазона измерения перемещения, а также линеаризация выходной характеристики преобразователя.

Важнейшим параметром работы фотоэлектрического преобразователя перемещения в код является разрешающая способность, которая ограничена, во-первых, такими параметрами фото приемников, как величина отношения сигйал/шум, среднее квадратическое значение шума, пороговая и интегральная чувствительность, во-вторых, такими параметрами волоконно-оптического преобразователя, как площадь чувствительного слоя и оптические свойства (коэффициен гы пропускания, преломления, отражения и апертурный угол), Разрешающая способность однозначно определяет младший разряд преобразователа, тогда минимальная площадь S, освещаемая входным лучом для каждого пакета световодов и соответствующая младшему разряду определяется из соотношения:

S ,

. .ТсЕп

где с - отношение сигнал/шум фотоприемника-.

среднее квадратичное значение шума j

Гд - коэффициент пропускания волоконно-оптического преоб- 0 разователя;

У1 - чувствительность по напряжению

Ер- пороговая освещенность фотоприемника .

с Предлагаемая математическая зависимость позволяет выбрать для определенного типа фотоприемников оптимальную минимальную площадь д::я младшего разряда фотопреобразователя, 0 и наоборот, для определенной конфигурации волоконно-оптического преобразователя - оптимальный тип фотоприемника .

На чертеже представлена функцио- 5 нальная схема фотоэлектрического преобразователя перемещения в код.

Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код содержит пространственно связанный с положением объекта источник 1 излучения с щелевой диафрагмой 2, фотоприемники 3 и 4, суммирующий усилитель 5, резне- торный делитель 6 напряжения, п компараторов 7-9, усилитель 10 постоян- г ного тока, дешифратор 11, (п+1)-й компаратор 12, волоконно-оптически

.преобразователь, состоящий из дгп х I

пакетов световодов 13 и 14, входные торцы 15 и 1Ь которых улсзжеиы

0

в плоскости, перпендикулярной направлению излучения, и образуют прямо- угольньш экран, а выходные торцы 17 и 18 в соответствии с укладкой входных торцов 15 и 16 собраны в два пучка и через соответствующие оптические системы 19 и 20 (в конкретном исполнении через соответствующие фокусирующие наборы линз) сопряжены с фотоприемниками 3 и 4, Изображение диафрагмы 2 в плоскости входных торцов 15 и 16 образует прямоугольную спетовую полоску 21.

Преобразователь работает следующим У)бразом,

Параллельнь- i световой поток, формируемый источником 1 излучения, проходя через щелевую диафрагму 2, ширина которой равна шагу квантования преобразователя перемещения в код, образует на поверхности входных торцов 15 и 16 перемещающуюся световую полоску 21, которая засвечивае т некоторые входные торцы как в пакете 13 световодов, так и в пакете 14 световодов .

Для линеаризации выходной характеристики разделение световодов в волоконно-оптическом преобразователе на две части осуществлено по закону обратной нелинейной световой характеристики фотоприемников 3 и 4, За счет такого выполнения волоконно- оптического преобразователя световая полоска 21 засвечивает неодинаковое количество входных торцов 15 пакета 13 световодов и входных торцов 16 пакета 14 световодов. При движении световой полоски 21 площадь засветки (количество) одних входных торцов (например, входных торцов 15 пакета 13 световодов) уменьщается, а других (входных торцов 16 пакета 14 световодов) увеличивается. В соответствии с этим изменяется оптическая мощность на выходах о Ьтических систем 19 и 20 (фокусирующих линз), которые преобразуют цифровой оптический сигнал в аналоговый, и изменяются значения фототоков на выходах фотоприемников 3 и 4. Таким образом, световой поток в виде узкой прямоугольной полоски 21 с четкими границами сканирует по входным торцам 15 и 16 волоконно-оптического преобразователя, далее поток излучения, разделенный на два канала, преобразуется в оптических системах 19 и 20 в пропорцио0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

нальные оптические аналоговые сигналы и проходит на фотоприемники 3 и 4. При перемещении полоски 21 с одного края волоконно-оптического преобразователя на другой суммарный фото- ток двух фотоприемников 3 и 4 остается постоянным. Ширина световой полоски 21 (ширина щели диафрагмы 2) выбирается равной щагу квантования преобразователя, а длина выбирается с учетом чувствительности фотоприемников 3 и 4 излучения равной суммарной ширине входных торцов 15 и 16 волоконно-оптического преобразователя, что ведет к постоянству величины напряжения на выходе суммирующего усилителя 5,

Благодаря незначительной толщине световодов удается получить высокую дискретность в измерении,

Для п,С1Вышения разрешающей способности преобразователя компараторы 7-9 работают в режиме с минимально возможным гистерезисом. Коэффициенты усиления суммирующего усилителя 5 и усилителя 10 постоянного тока выбираются такими, что при полной засветке фотоприемника 3 напряжения на их выходах равны между собой и равны и. Выходной код снимается с выходов дешифратора 11.

Формула изобретения

чающийся тем, что, с целью повьшения точности и расширения диапазона измерений преобразователя, в него введены две оптические системы и волоконно-оптический преобразователь, вьтолненный в виде двух пакетов световодов, а щелевая диафрагма жестко соединена с источником излучения, волоконно-оптический преоб- разователь установлен перед диафрагмой, входные торцы световодов обоих пакетов уложены в плоскости перемещения и образуют прямоугольный экран, обращенный в сторону диафраг

17

мы

8

а выходные торцы световодов каждого пакета через соответствующую оптическую систему оптически связаны с соответствующим фотоприемников.

2. Преобразователь пр п. 1, отличающийся тем, что, с целью линеаризации выходной характеристики преобразователя, входные торцы световодов волоконно-оптического преобразователя распределены между пакетами вдоль направления перемещения по закону обратной нелинейной световой характеристики фотоприемников.