Фотоэлектрический преобразователь перемещений Советский патент 1990 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля, индикации- и измерения перемещений различных контролируемых объектов.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия преобразователя за счет автоматизации процесса измерения.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 и 3 - теневая маска в исходном и рабочих положениях; на фиг. 4 - распределение потенциалов по длине -резис- тивного слоя.

Фотоэлектрический преобразователь перемещений содержит источник 1 света последовательно установленные по ходу светового луча теневую маску 2, жестко связываемую с объектом контроля и имеющую два равновеликих прозрачных окна, и фотопотенниометр 3 с источником 4 питания. Рсзистивный

слой 5 фотопотенциометра 3 имеет выводы на концах, соединенные с одной клеммой источника 4, средний вывод 6 и симметрично расположенные относительно него выводы 7 и 8. Фотопрово- дящий 9 и коллекторный tO слои фотопотенциометра 3 разделены по поперечной оси дизлектрическим слоем 11, Обе части коллекторного слоя 10 имеют по одному выводу 12 и 13. Средний вывод 6 через измеритель 14 тока регистратора углового перемещения подключен к второй клемме источника 4, регистратор углового перемещения содержит также последовательно соединенные первый усилитель 15, первый блок 16 сравнения, блок 17 деления, последовательно соединенных второй усилитель 18 и второй блок 19 сравнения, выход которого подключен к второму входу блока 17 деления. Выводы 12 и 13 подключены к каналу регистрации вертикальных перемещений,

СП

00 01 СП)

со

ю

31

содержащему третий усилитель 20, выход которого через первый блок 21 умножения подключен к третьему блоку 22 сравнения, и четвертый усилитель 23, выход которого подключен к второ му входу блока 22 сравнения, выход блока 17 деления подключен к второму входу блока 21 умножения. Выводы 6 и 7 подключены к каналу регистрации горизонтальных перемещений содержащему последовательно соединенные пятый усилитель 24 и четвертый блок 25 сравнения, второй блок 26 умножения, . сумматор 27 и шестой усилитель 28. Маска 2 рарположена в штос- кости, перпендикулярной оптической оси источника света 1, и имеет окна, одноименные точки которых симметричны относительно оптической оси источ ника 1, а их сечения, параллельные оси чувствительности фотопотенциометра 3 монотонно изменяются. Выходь блока 17 деления, сумматора 27 и блока 26 сравнения являются соответственно первым, вторым и третьим выходами преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом (см. фиг. 1).

Пуч света от источника 1 через прозрачные окна маски 2, па- .дает на фотопотенциометр 3. При этом освещенные участки фотопроводящего слоя 9, сопротивление которых становится пренебрежимо малым, шунтируют через соответствующие участки кол- . лекторного слоя 10, сопротивление которого также пренебрежимо мало, расположенные над ними участки резис тивного слоя 5. В исходном состоянии (см. фиг. 2) начало системы координат O.. теневой маски 2 и начало системы.координат OXY фотопотенциометра лежат на оптической оси ис- .точника 1. При этом распределение потенциала на резистивном слое 5 (длина которого равна 2а) имеет вид, представленный штриховой линией на фиг. 4. На выводах 7 и 8, расположенных на расстоянии b от среднего вывода 6, присутствуют равные потенциалы а напряжение между ними равно нулю, что свидетельствует об отсутствии перемещения по оси Y. Потенциалы выводов 12 и 13, соответствующие горизонтальным участкам графика распределения потенциала фиг. 4, также равны, что определяет нулевое напряжени между ними, свидетельствуя об отсут

o

5

ствии перемещения по оси X. Измеритель 14 тока при этом определяет некоторое значение, соответствующее нулевому перемещению по углу 6 . На всех трех выходах преобразователя имеются нулевые сигналы. При перемещении контролируемого объекта вместе с маской 2 по оси X на Х, по оси Y на 4Y и на угол 0 вокруг оптической оси источника 1 света положение маски 2 относительно системы координат 03JY имеет вид, представленный на фиг. 3. Соответствующее этому положению распределение потенциала ре- зистивного слоя 5 изображено на фиг, 4 сплошной линией Напряжение между выводами 7 и 8 определяется выражением

UY

q, . ц, )„

э 4 (а - 1, )(а - Ij

(1)

где и - напряжение источника питания 4.

Напряжение между выводами 12 и 13 определяется вьфажением

„,.,,.,,.УС9Ыа,и)гС|,й-1.Д

(2)

Значение силы тока, протекающего через измеритель 14:

т U-L2a -(lj - iiU К (а - 1,) (а - Ij)

(3)

где К - коэффициент, характеризующий сопротивление участка единичной длины резистивного слоя 5. С учетом формы и размеров окон маски 2 (фиг. 2), расположения базисов ОХУ и (фиг. 3), малости перемещений 4Y4X и 0 и, пренебрегая составляющими второго порядка малости, записьгаают приближенные выражения:

К, + 2К, /1Y +

К,0

К.

-

+ Клв

(4)

ОХ ОХд

/lY - Kj0

К + ЛХ - Kj, K -aX-K JY-

где

о«х«„ - Ov,x

- о„х

tg i

ОмХ,,„-ь

OM,) К., (О

М 4М

Хзм)

о;х

Ом X

м лэлч;

5

К, К,

Подставив выражения (4) в (1)-(3), определяют искомые значения перемеще-. НИИ

,i/

К -Кз1 К,о Uv - К,

(5)

(6)

4Х

KtiUx к,,и, 0

к„в

+ к

,, где К 2 (а - К,);

(7)

), е-585679- 6

формируется сигнал углового перемещения согласно выражению (5), Напря- . жение UY с выводов 7 и 8 усиливается в усилителях 28 и 24 соответственно в К и К ножается на тат сравнивается с

в блоке 26, на выходе которого фор- IQ мируется сигнал перемещения гЗУ согласно выражению (6) . Напряжение Uj с выводов 12 и 13 усиливается в уси-

, раз, сигнал К ,U ум- 0 в блоке 25 и резуль- сигналом К UY

лителях 20 и 23 в К„ и К., раз со

ti

15

20

ответственно. Сигнал умножает- 21 на сигнал 6 и срав-Л25

блоке 21 на сигнал нив ается в блоке 22 с сигналом К Результат сравнения поступает на второй вход сумматора 27 с единичным коэффициентом, на первый и третий входы которого поступают сигналы JY (с коэф(1:и1(иентом на входе К с-) и 0 (с коэффи1щентом на входе К ) . Таким образом на выходе сумматора 27 формируется сигнал перемещения согласно выражению (7),

Формула изобретения

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия преобразователя за счет автоматизации процесса измерения. Преобразователь имеет регистратор углового перемещения, каналы вертикального и горизонтального перемещений, электронные схемы которых взаимосвязаны, тем самым учитывается влияние углового перемещения на вертикальное и горизонтальное и вертикального на горизонтальное перемещения. Горизонтальное перемещение не оказывает влияния на другие, исходя из геометрии окон в маске. 4 ил.

К

п

(а - 2аК,) 2и Та+к7)

Значение силы тока 1 выхода измерителя 14 в виде электрического сигнала поступает на входы усилителей 15 и 18, коэффициенты усиления которых равны К. и Kg соответственно. Усиленные сигналы сравниваются в блоках 16 и 14 сравнения с пороговыми сигналами, равными-К и Kg. Результаты сравнения делятся друг на друга в блоке. 17, на выходе которого

Фотоэлектрический преобразователь

30 переме.щений по авт. св. 1043491, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия за счет автоматизации процесса измерения, он снабжен каналом

J- регистрации вертикальных перемещений и каналом регистрации горизонтальных перемещений, регистратор углового перемещения выполнен в виде последовательно соединенных первого усилите0 первого блока сравнения и блока деления и последовательно соединенных второго усилителя и второго блока сравнения, выход которого подключен к. второму входу блока деления, канал

5 регистрации вертикальных перемещений выполнен в виде последовательно соединенных третьего усилителя, первого блока умножения и третьего блока сравнения и четвертого усилителя, выход

0 которого подключен к второму входу третьего блока сравнения, канал регистрации гcpизoнтaлыiыx перемещений выполнен в виде последовательно соединенных пятого усилителя, второго 5 блока умножения, четвертого блока сравнения и сумматора и шестого уси- лителя, выход которого подключен к второму входу четвертого блока сравнения , выход измерителя тока подклю-

чен к входам первого и второго усилителей, первый и второй симметричные выводы резистивного слоя подключены соответственно к первым и вторым входам четвертого и третьего усилителей,, выводы первой и второй частей коллекторного слоя фотопотенциометра подключены соответственно к первым и вторьм входам пятого и шестого

Xirt

(«

Фи9.2

усилителей, выход блока деления подключен к вторым входам первого и второго блоков умножения и сумматора и является первым выходом преобразователя, выход третьего блока сравнения является вторым выходом преобразователя и подключен к третьему входу сумматора, выход которого является третьим выходом преобразователя.

Xi

Хл

Фиг.З