Позиционно-чувствительное устройство Советский патент 1991 года по МПК G01J1/44 

О

ю со со ю о

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в аппаратуре широкого назначения для прецизионного измерения положения или смещения светового луча,

Целью изобретения является повышение точности регистрации смещения светового пучка за счет устранения температурного дрейфа и погрешности вследствие изменения светового потока.

На чертеже представлена структурная схема позиционно-чувствительного устройства.

Устройство содержит двухэлементный координатный фотодиод 1 с общим анодом, подключенным к общей шине, операционные усилители 2 и 3, неинвертирующие входы которых подключены к общей шине, а выходы подключены соответственно к прямому и инверсному входам сумматора 4, два переключателя 5 и 6, генератор 7 тактовых импульсов, разделительный элемент 8 и синхронный детектор 9. Операционные усилители 2 и 3 охвачены логарифмической обратной связью 10 и 11, их инвертирующие входы подключены к выходам переключателей 5 и 6, причем первый вход переключателя 5 подключен к первому катоду 12 фотодиода 1 и к второму входу переключателя 6, первый вход которого подключен к второму катоду 13 фотодиода 1 и к второму входу переключателя 5, управляющие входы переключателей 5,6 и синхронного детектора 9 подсоединены к выходу генератора 7 тактовых импульсов, выход сумматора 4 подключен через разделительный элемент 8 к входу синхронного детектора 9. Разделительным элементом может быть конденсатор, трансформатор, оптронная пара.

Устройство работает следующим образом.

Световой пу«ок, попадающий одновременно на два чувствительных элемента фотодиода 1, генерирует в них фототоки, величина каждого из которых пропорциональна величине светового потока, падающего на соответствующий элемент фотодиода 1, и зависит от смещения центра светового пучка относительно линии раздела элементов фотодиода. Фототоки катодов 12 и 13 фотодиода при малых смещениях светового пучка соответственно равны

|12 дФ(1+кДХ), 113 дФ(1-КДХ), (1) где g -- чувствительность элементов фотодиода;

Ф - световой поток, падающий на один элемент фотодиода 1 при совпадении центра светового пучка с линией раздела чувствительных элементов фотодиода:

К - коэффициент пропорциональности,

определяющий связь между смещением

центра светового пучка относительно линии

раздела элементов фотодиода 1 и изменением фототока элемента фотодиода.

Генератор 7 управляет состоянием переключателей 5 и 6. При одном состоянии переключателей 5 и 6 катод 12 фотодиода 1 подключен к инвертирующему входу усили- 0 теля 2, а катод 13 - к инвертирующему входу усилителя 3. При этом напряжения на выходах этих усилителей оказываются соответственно равными

5 Ы рт ln(li2/lN),u3 рт In ( ИЗ/IN))

(2) где рт - температурный потенциал р-п-перехода логарифмирующего элемента 10(11). IN обратный ток p-n-перехода логарифми- рующего элемента 10(11).

Напряжение на выходе сумматора 4 оказывается равным (при условии К АХ«1): 1)41 АХ. (3)

При другом состоянии переключателей 5,6 катод 12 оказывается подключенным к усилителю 3. а.катод 13 - к усилителю 2, Напряжения на выходах усилителей при эгом оказываются равными

5

In (hs/lN). U3 prfln h2/lN). (4)

Напряжение на сумматоре 4 становится равн1-. 1

Щ -2 р К ЛХ. (5)

Таким образом, при периодическом поступлении тактовых импульсов с генератора

7 на выходе сумматора формируется переменный сигнал ± 2 tpj К АХ который, проходя через разделительный элемент 8, в синхронном детакторе 9 преобразуется в постоянное напряжение, не зависящее от

температурного дрейфа напряжений сме- щенич усилителей 2,3 и сумматора 4. Если коэффициенты передачи сумматора 4 или синхронного детектора 9 имеют разную температурную зависимость, обратную

обеспечивается использованием терморезистора в цепях их обратной связи, то крутизна изменения выходного сигнала также не будет зависеть от температуры.

Формула изобретения Позиционно-чувствительное устройство, содержащее двухэлементный координатный .фотодиод с общим анодом, подключенным к общей шине, два операционных усилителя, неинвертирующие входы

которых подключены к общей шине, а выхо-чателя подключен к первому катоду фотоди

ды подключены соответственно к прямомуода и к второму входу второго переключатеи инверсному входам сумматора, о т л и ч а-ля, первый вход которого подключен к

ю щ е е с я тем, что, с целью повышениявторому катоду фотодиода и к второму входу

точности, в устройство введены два пере-5 первого переключателя, управляющие вхоключателя, генератор тактовых импульсов,ды переключателей объединены с управляразделительный элемент и синхронный де-ющим входом синхронного детектора и

тектор, а между входами и выходами опера-подключены к выходу генератора тактовых

ционных усилителей включеныимпульсов, выход сумматора через разделогарифмир изщие элементы, инвертирую-10 лительный элемент подключен к входу синщие входи первого и второго операционныххронного детектора, выход которого

усилителей подключены соответственно кявляется выходом устройств выходам первого и второго переключателей, причем первый вход первого переклю

Изобретение относится к устройствам для прецизионного измерения координатного положения светового пучка. Цель изобретения - повышение точности за счет исключения температурного дрейфа используемых электронных блоков. Цель достигается за счет поочередного подключения катодов 12 и 13 фотодиода (Ф) 1 через переключатели 5 и 6 к операционным усилителям (ОУ) 2 и 3 и наоборот. Выходные сигналы с ОУ 2 и 3 подключены к прямому и инверсному входам сумматора (С) 4. Это обеспечивает модуляцию полезного сигнала на выходе (С) 4, амплитуда которого пропорциональна смещению пучка относительно центра Ф 1. Сигнал, обусловленный температурным дрейфом, имеет постоянную составляющую и исключается из выходного сигнала разделительным элементом 8. 1 ил. Ю С