Фотоэлектрический импульсный датчик Советский патент 1990 года по МПК H03M1/30 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, например, при контроле и измерении перемещений различных узлов в механизмах.

Цель изобретения - упрощение и уменьшение габаритов датчика.

На фиг. 1 приведена конструкция фотоэлектрического импульсного .датчика; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1j датчик имеет непрерывный растр; на фиг. 3 - вид А на фиг. 1 датчик имеет прерывистый растр; на фиг. 4 а, б - примеры выполнения фотоприемных растров с тыпьно расположенными разделенным фоточувствительным слоем на ockose ; соответственно электронно-дырочного перехода И барьера Шотткив контакте. металл-полупроводник;:в, г - примеры выполнения фотоприемного растра с

фронтально расположенным разделенным на участки фоточувствительным слоем на основе соответственно электронно- дырочного перехода и барьера Шоттки; на фиг. 5 а показан излучаклций растр с электролюминесцентной подложкой;

6,в - излучающие растры соответственно с локальным и распределенным внутренним отражением.

Фотоэлектрический импульсный датчик содержит излучающий растр 1, выполненный в виде подложки 2, источника 3 излучения и растра 4, фото- приемньй растр 5, выполненный в виде подложки 6, фоточувствительного Слоя

7,растра 8 и токопроводящего покрытия 9 с участками 10-12, растр 8 содержит участки 13-15, выводы 16-19 являются выводами датчика. Полосы растра 4 расположены под углом t/, а

ел

1589392

нап-

5

10

полосы растра Ь - под углом Я к равлению взаимного перемещения подпо- ек 2 и 6,

: Фотоэлектрический импульсной дат kiHK работает следующим образом.

Отдельные фотрчувствительные области фоточувствительного спея 7 ос- вещаются через прозрачные полосы расТ ра 4 излучающего растра 1 и прозрачные полосы растра 8 фотоприемного растра 5 (темные участки на фиг, 2 и 3). Освещенные участки 12 (фиг. 2)

фоточувствительного слоя 7 соз максимальный сигналs соответствую)5 щий T j а слабоосвещенные у шсткт |10 и 11 фоточувствительного слоя 7 создают слабьй сигнал соответствую- $щй О,

При относительном перемещении из- Дучаюп его растра 1 относительно фото- приемного растра 5 области освещения фоточувствительного слоя 7. перемеща- гртся в перпендикулярном направлеьши jjc движению фотоприемного растра 5 относительно излучающего растра 1, При. Этом периодически освещаются участюа 12j11 и 10 фоточувствительного слоя 7

а при движении фотоприемного растра 5 относительно излучающего растра 1 В противоположном направлении изменяется последовательность освещения Участков 10-12 фоточувствительного 1лоя 7

Таким образом информа:1щш о напавлении относительного перемещения jacTpoB 1 и 5,, и связанных с ним объектов несет пакет импульсов с выодов фотоприемного растра 5,, причем Одномучнаправлению соответствует повление заданного логического сигйа 7а на выводах X 16-19 в последователь- HOCTHj например S 10,, 11 и 12 а в про- гивоположном направлении - в после-- овательности 12, 11 и 10, Пакет им- ульсов формируетсй при перемещении а величину, меньшую периода Р поос растров 1 и 5, и поступает в про ежутке ,между одиночными импульсами,, оступающими с одного из участков, апример 5 12. Количество N импульсов , выхода фотоприемного растра 5 харакеризует перемещеш е по траектории на еличину N R, кратную периоду раст- |« ов 1 и 5s частота, f скорост переещения Импульсы подаются, напримерS а реверсивный счетчик величины пере™ ющения и простой емкостный интеграор для контроля скорости перемещеьшя.

30

35

40

45

50

55

а г в ра

ва м да

го

25 т

гд

ме в а

ле ти от нь те ке те ра пу из cf D7 R но по пу сч го вт из са Т гещ го T/ ги со и те со

ко ны те бы /ва

а пакет импульсов логическое триг- герное устройство, управляющее реверсом счетчика и указывающее на направление перемещения.

Для получения циклической последовательности импульсов в пакете параметры фотоэлектрического импульсного датчика находятся из соотношения

10

D, nR//ctg ctglf/,

)5

30

35

40

45

50

5

го

25 т

гдеуЗ 5 tfl

1) - расстояние (шаг) меяоду участками 12 и 11;

Uj - расстояние Между участками 11 и 10;

п 0,152,.. ,

В частности, для получения равномерной последовательности импульсов в пакетах D, D, R/S/ctgA ctggy, а при Ц) 90 D 3ctg/3.

Однозначность определения направления перемещения по последовательности импульсов в пакете сохраняется и в отсутствие одного из фоточувствитель- ньк участков при условии отличия интервалов между двумя импульсами в пакете и между пакетами, т.е. когда интервал между импульсами в пакете не равен половине периода следования импульсов одиночных импульсов с одного из участков растра 5. Для этого углы cf J& и шаг и находятся из соотношения (2/ctg /1- ctg t/, в частности D R/3 ctgp. При этом направление рав- номерного перемещения регистрируется по соотношению интервалов между импульсами в пакете, предшествзтощем счетному одиночному импульсу с одного из участков, который совпадает со вторым импульсом пакета. Для одного из направлений интервал между импульсами в пакете меньше половины периода Т следоваьшя импульсов, характеризу- гещих величину перемещения, а для другого направления - превьш1ает величину T/2j т.е. направление перемещения регистрируют в этом случае по фазовым соотношениям между каждым счетным и myльcoм с одного из фоточувствительных участков 11 и импульсом с соседнего участка 12.

При однонаправленном перемещении контролируемых объектов последовательные импульсы с различных фоточувствительных участков 10-12 (которых может быть, например, десять) могут пода- /ваться также на счетчик и разбивать

5158

(интервал между одиночными импульсами с одного из участков 10-12, соответствующего смещению на R, на части, . т.е. образовывать нониусную шкалу, что повьшает точность измерения вели- чины перемещения.

При регистрации перемещения по криволинейным траекториям, в частности по окружностям, полосы в каждом растре 1 и 5 непараллельны, а повторяющиеся углы /3 и tf отсчитьгоаются между совмещающимися проекциями полос казкдого из растров 1 и 5 и касательной к траектории к точке совмещения, причем в пределах каждой из параллельных тра екторий соблюдается постоянство периода проекций полос.

В качестве примера вьшолнения фото

1. Фотоэлектрический импульсный датчик, содержащий источник излучени

электрического импульсного датчика пе- 20 первую и вторую подложки, на первой ремещения может быть принято устройство на основе фотодиода с барьером Шоттки на кремневой аодложк« п-типа с удельным сопротивлением 4 Ом/см в качестве фоточувствительного слоя 7. На поверхности подложки методом термического напыления осахщен слой алюминия толщиной 0,2 мкм, образующий барьер Шоттки и разделенный с помощью фотоли-. тографии на три параллельные ленты шириной 0,8 мм и длиной 3 мм с шагом 0,95 мм в качестве участков 16-18. В лентах под углом 86 к длинной стороне вскрыты одинаковые щелевые окна высотой 0,6 мм, продолжающиеся в каждой из лент с образованием решетки из поперечных связанных по краям полосок шириной 240 мкм с шагом 400 мкм. На противоположную шлифованную поверхстороне первой подложки расположен первый растр под углом к направле нию взаимного перемещения первой под ложки относительно второй подложки,

25 на первой стороне второй подложки, о ращенной к первой стороне первой под ложки, расположен второй растр под у лом Lf к направлению взаимного пере- мещеш я первой подложки относительно

30 второй подложки, фоточувствительный слой, отличающийся тем,, что, с целью упрощения и уменьшения габаритов датчика,в него введено то- копроводящее покрытие, источник излу чения расположен внутри первой под- ложк-и, фоточувствительный слой распо ложен внутри второй подложки, вто- рой растр выполнен из токопроводящег материала, токопроводящее покрытие

35

ность подложки 6 методом электрохими- размещено на второй стороне второй

ческого осаждения нанесено токопроводящее покрытие 9 из слоя никеля. Над поверхностью фотоприемного растра 5 располагается с возможностью перемещения вдрль растра 8 тонкая стеклянная пластинка, на шлифованную поверхность которой, обращенную к фоточувствитепь- ному слою 7, осажден растр 4 из непрозрачного слоя алюминия и методом фотолитографии образована решетки в виде сплошных параллельных полосок металла шириной 240 мкм с периодом 400 мкм. Полоски располагаются под углом 86, а сама пластинка, расположенная параллельно подложке 6, освещаетподложки, выводы второго растра и т копроводящего покрытия являются вых дами датчика.

2. Датчик по п. 1, о т л и ч.а ю

д5 Щ и и с я тем, что второй растр вы полнен в виде двух и более участков отделенных друг от друга диэлектри- ком а токопроводящее покрытие спло ное.

50 3. Датчик по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что второй растр вы полнен сплошным, а токопроводящее п крытие выполнено в виде двух и боле

токопроводящих участков, . отделенны

ел; Друг ОТ друга диэлектриком.

ся в плоскости р4стра 4 со стороны торцов полупроводниковым cвeтoдиoдo f АЛ307Б. При этом излучение беспрепятственно распространяется и стекле подложки 2, рассеиваясь на шлифованной поверхности, обращенной к фотоприемному растру 5, и вызывая свечение этой поверхности.Светящаяся поверхность маскирована периодичесияаш непрозрачными полосами растра 4 и образует излучающие и неизлуча1аар е полосы, проектируемые на фоточувствительный слой 7.

Формула изобретения

1. Фотоэлектрический импульсный датчик, содержащий источник излучения,

первую и вторую подложки, на первой

20 первую и вторую подложки, на первой

стороне первой подложки расположен первый растр под углом к направлению взаимного перемещения первой подложки относительно второй подложки,

25 на первой стороне второй подложки, обращенной к первой стороне первой подложки, расположен второй растр под углом Lf к направлению взаимного пере- мещеш я первой подложки относительно

30 второй подложки, фоточувствительный слой, отличающийся тем,, что, с целью упрощения и уменьшения габаритов датчика,в него введено то- копроводящее покрытие, источник излучения расположен внутри первой под- ложк-и, фоточувствительный слой расположен внутри второй подложки, вто- рой растр выполнен из токопроводящего материала, токопроводящее покрытие

35

подложки, выводы второго растра и токопроводящего покрытия являются выходами датчика.

2. Датчик по п. 1, о т л и ч.а юд5 Щ и и с я тем, что второй растр выполнен в виде двух и более участков, отделенных друг от друга диэлектри- ком а токопроводящее покрытие сплошное.

50 3. Датчик по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что второй растр выполнен сплошным, а токопроводящее покрытие выполнено в виде двух и более

токопроводящих участков, . отделенных

ел; Друг ОТ друга диэлектриком.

I

71

I I

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, например, при контроле и измерении перемещений различных узлов в механизмах. Цель изобретения - упрощение и уменьшение габаритов датчика. Для этого в фотоэлектрический импульсный датчик, содержащий источник излучения, две подложки, два растра и фоточувствительный слой, введено токопроводящее покрытие. Поставленная цель достигается за счет того, что источник излучения расположен внутри первой подложки, а фотоприемный слой внутри второй подложки. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

9

/

5

Фиг. 1 Вид A

0us. 2

. I

S. 4

19

J

ав6г

Фиг.4

Составитель А. Сидоренко

Редактор Л. Пчолинская Техред Л.СердюкоавКорректор 0. Кравцова

Заказ 2547

Тираж 669

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Вид К

Фиг.З

Подписное