Фотоэлектрический преобразователь перемещения Советский патент 1991 года по МПК G01B21/00 

ЗЭ

сд

Изобретение относится к измерительной технике. Пель изобретения повышение точности измерений за счет уменьшения влияния изменения мощности потока,излучения, формируемого осветителем при изменяющихся расстояниях между неподвижным и подвижным элементами преобразователя. Осветитель 1 формирует поток излучения, направляемый на измерительные решетки 5-7, нанесенные на неподвижный элемент 4. При перемещении подвижного элемента 8 с нанесенной измерительной решеткой 9 в зоне установки измерительных фотоприемников 10, 11 формируются перемещающиеся муаровые полосы. Сигналы, снимаемые с измерительных фотоприемников 10, 11 и сдвинутые на 90°, усиливаются дифференциальными усилителями 13, 14, На дополнительном фотоприемнике 12 формируются муаровые полосы с периодом, много меньшим апертуры дополни- . тельного фотоприемника 12. Сигнал, пропорциональный мощности потока излучения, формируемого осветителем 1, вычитается в дифференциальных .усилителях 13, 14. 1 ил. а & (Л

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещения различных объектов.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет уменьшения влияния изменения мощности потока излучения, формируемого осветителем при изменяющихся расстояниях между неподвижным и подвижным элементами преобразователя.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого преобразователя.

Преобразователь содержит оптически связанные осветитель 1, выполненный в виде источника 2 света и коллимирующей линзы 3, неподвижный элемент 4 с нанесенными на него дву- мя индикаторными рещетками 5, 6,- сдвинутыми друг относительно друга на четверть периода решеток, и третьей индикаторной решеткой 7, период штрихов которой не совпадает с периодом штрихов индикаторных решеток 5, 6 или штрихи третьей индикаторной решетки 7 повернуты относительно штрихов двух индикаторных решето 5,

зэ

6, неподвижный элемент 8 с нанесенной измерительной решеткой 9, два измерительных и дополнительный фотоприемники 10-12, расположенные в одной плоскости, угол между осью осветителя 1 и нормалью к поверхности неподвижного и подвижного элементов 4, 8 противоположен по знаку углу между нормалью к плоскости расположения измерительных и дополнительного фотоприемников 10-12 и нормалью к плоскости неподвижного и подвижного элементов 4, 8, дифференциальные усилители 3, 14, первые входы которых подключены к измерительным фотоприемпк- кам 10, 11, вторые входы дифференциальных усилителей 13, 14 подключены к дополнительному Лотоприемнику

12Преобразователь работает следующим

образом.

Источник 2 света и коллимирующая линза 3, входящие в осветитель 1, формируют параллельный пучок света, падающий под углом на индикаторные решетки 5-7, нанесенные на неподвижный элемент 4. В формируемой после неподвижного элемента 4 первой дифракционной картине направления формирования нулевого и первого порядка образуют равные углы к нормали, проведенной к поверхности неподвижного элемента 4. Сформированные потоки излучения проходят измерительную решетку 99 нанесенную на неподвижный элемент 8. После измерительной решетки 9 формируется вторая дифракционная картина, в которой формируются дифракционные максимумы в результате сложения дифракционных максимумов первого и нулевого порядков от соответствующих участков индикаторных и измерительной решеток 5, 6, 7, 9, Фотоприемники 10-12, установленные в зоне формирования дифракционных ма симумов, образующих муаровые полосы, преобразуют потоки излучения в электрические сигналы, величины которых не зависят от величины зазора между измерительными и индикаторными решетками 5, 6, 7, 9. Период формируемых муаровых полос больше апертуры измерительных фотоприемников 10 11, При перемещении подвижного элемента 8 относительно неподвижного элемента 4, на выходе измерительных фотоприемников 10, 11 формируются переменные электрические сигналы, фа

5

0

5

0

5

0

5

0

5

зы которых сдвинуты друг относительно друга на 90° за счет пространственного смещения измерительных решеток 5, 6 на четверть периода решеток. Электрические сигналы усиливаются дифференциальными усилителями 13, 14 и поступают на выход устройства. Период формируемых муаровых полос в зоне расположения дополнительного фотоприемника 12 много меньше его апертуры, за счет несовпадения периода нанесения штрихов на третью индика рную решетку /} относительно периода нанесения штрихов ча измерительную решетку 9 или за счет поворота третьей индикаторной решетки 7 относительно измерительной решетки 9, Вследствие этого на выходе дополнительного фотоприемника 12 Формируется сигнал, переменная составляющая которого много меньше переменной составляюпей сигнала, формируемого на выходе фотоприемников 10, 11. Постоянная составляющая сигнала, формируемая на выходе дополнительного фотоприемника Л 2, пропорциональна мощности потока излучения, формируемого осветителем 1. Сигнал, снимаемый с фотоприемника 12, поступает на вторые входы дифференциальных усилителей 13Э 14 вычитая постоянную составляющую из сигналов, снимаемых с измерительных фотоприемников 10, 11. При изменении мощности потока излучения, формируемого осветителем 1, одновременно изменяются величины постоянных составляющих на выходе измерительных и дополнительного фотоприемника 12, Переменная составляющая сигналов, снимаемых с выходов дифференциальных усилителей 13, 1 & при этом не изменяется, что приводит к повышению точности измерений. Использование устройства позволяет повысить точность измерений за счет уменьшения влияния изменения мощности потока излучения, формируемого осветителем, при изменяющихся расстояниях между неподвижным и подвижным элементами преобразователя,

о р м v л а изобретения

Фотоэлектрический преобразователь перемещений, содержащий оптически сяпзанные осветитель, неподвижный элемент с нанесенными на него двумя индикаторными решетками, сдвинутыми

друг относительно друга на четверть периода решеток6 подвижный элемент с нанесенной на него измерительной решеткой, два измерительных фотоприемника, оптически связанные с индикаторными решетками, дополнительный фотоприемник, расположенный между измерительными фотоприемниками в одной плоскости с ними, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет уменьшения влияния изменения мощности потока излучения, формируемого осветителем при изменяющихся расстояниях между неподвижным и подвижным элементами преобразователя, он снабжен третьей индикаторной решеткой, нанесенной на неподвижный элемент и расположенной между измерительными

V Т

я

10

решетками, причем период штрихов третьей индикаторной решетки не совпадает с периодом штрихов первой и второй индикаторных решеток или штрихи третьей индикаторной решетки повернуты относительно их штрихов, угол между осью осветителя и нормалью к поверхности неподвижного и подвижного элементов противоположен по знаку углу между нормалью к плоскости расположения измерительных и дополнительного фотоприемников и нормалью к плоскости неподвижного и подвижного эле15 ментов, измерительный и дополнительный фотоприемники расположены в зоне сложения дифракционных максимумов первого и нулевого порядков от соответствующих участков индикаторной и

20 измерительной решеток.

Ј/А/ Q D чггш л м ДУ J О