Оптический датчик перемещений Советский патент 1991 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений.

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности преобразования датчика за счет компенсации воздействия знешних механических факторов и устранения эффекта экранирования светового потока, поступающего от контролируемого объекта, элементами датчика

На чертеже приведена конструкция предлагаемого датчика.

Датчик содержит источник 1 излучения, установленный в фокусе линзы 2, фотоприемники 3 и корпус 4. Позицией 5 обозначена отражающая диффузная поверхность контролируемого объекта. Оптическая ось источника 1 и линзы 2 совпадает с продольной осью корпуса 4, а фотоприемники 3 расположены в зоне максимальной освещенности равномерно по окружности, центр которой совпадает с оптической осью источника 1 излучения и линзы 2. Фотоприемники 3 соединены между собой параллельно для суммирования выходного сигнала с них.

Количество фотоприемников определяется конструктивными особенностями и должно быть не менее четырех При несоблюдении этого условия снижается точность измерения датчика, так как при количестве фотоприемников, равном 3 и менее, угловые наклоны отражатели приведут к неравенству отраженных световых потоков, падающих на фотоприемники, и увеличение выходного сигнала одного чз фотоприемников не будет компенсироваться уменьшением выходных сигналов с других. Это приведет к значительной погрешности. Кроме того, чем больше фотоприемьиков, тем выше чувствительность преобразования и точность измерения.

Диаметр окружности D, по которой расположены фотоприемники, а определяется выражением

,, + d4,,(1)

где - диаметр линзы;

aS

О

I6.J4

- внешний диаметр фотоприемников.

Основным условием для выбора диаметра D является обеспечение достаточной чувствителььостм преобразования в необходимом диапазоне измерения, которой можно добиться установкой фотоприемников 3 в зоне максимальной их освещенности при расположении поверхности 5 в конечной точке диапазона измерения.

Вторым условием является обеспечение минимальных габаритных размеров датчика. Обеспечение данного условия достигается уменьшением составляющих правой части формулы (1) до минимально возможных величин, а также расстояния h между внешними диаметрами линзы и фотоприемников.

Минимальный размер h ограничивается способом крепления линзы 2 и фотоприем- никоа 3 в корпусе 4,

Для получения наибольшей чувствительности преобразования фотоприемники 3 устанавливают относительно поперечной оси источника 1 излучения так, чтобы светочувствительные площадки фотоприемников 3 были расположены в плоскости, совпадающей с плоскостью установки линзы, т.е.

.(2)

где I - расстояние между светоизлучающей поверхностью источника 1 излучения и фоточувствительной площадкой фотоприемников 3;

f - фокусное расстояние линзы 2.

Увеличение этого расстояния нецелесообразно, так как при этом увеличиваются и габаритные размеры датчика, и потери светового потока, идущего к объекту контроля, обусловленные увеличением расстояния от рабочего торца датчика до источника излучения.

Уменьшение же расстояния t приведет к уменьшению светового потока, отраженного от контролируемого объекта и падающего хна светочувствительную площадку фотоприемников 3, за счет увеличения расстояния от поверхности 5 объекта до фотоприемников 3.

Датчик работает следующим образом.

Световой поток источника 1 излучения фокусируется линзой 2 на отражающую

диффузную поверхность 5 контролируемого объекта. Отраженный световой поток поступает на светочувствительные площадки фотоприемников 3, где преобразуется в электрический сигнал - ток h, За счет параллельного соединения фотоприемников

п

(3)

« rs,

где п - количество фотоприемников; %- суммарный ток датчика. Таким обрезом, чем больше h, тем больше выходной сигнал датчика, т.е. увеличивается чувствительность преобразования.

При перемещении контролируемого объекта в направлении X параллельно продольной оси датчика световой поток, поступающий на фотоприемники, изменяется, соответственно меняется I , т е.

Изобретение позволяет значительно повысить точность и чувствительность преобразования, а следовательно, и информационную надежность в сравнении с прототипом.

Ф о р м у л а и з о 6 р ете н и я

Оптический датчик перемещений, содержащий корпус и размещенные в корпусе источник излучения, установленную на оптической оси источника излучения линзу и фотоприемники со светочувствительными площадками, установленные на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности, центр которой расположен на оптической

оси источника излучения, и ориентированные так, что их оптические оси параллельны оптической оси источника излучения, выходы которых соединены параллельно, отличающийся гем, что, с целью повышения

точности и чувствительности преобразования, датчик содержит не менее четырех фо- топриемчиков, фотоприемники размещены так, что их светочувствительные площадки расположены в плоскости установки линзы,

а диаметр окружности D, по которой установлены фотоприемники, удовлетворяет соотношению

D tin + , где дп - диаметр линзы;

с(ф - диаметр фотоприемников.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений Целью изобретения является повышение точности и чувствительности преобразования за счет компенсации воздействия внешних механических факторов и устранения экранирования светового потока элементами датчика. Световой поток от источника 1 фокусируется линзой 2 на поверхность 5 отраженный поток регистрируется фотоприемниками 3, количество которых не менее четырех, а выходы которых соединены параллельно При перемещении объекта в направлении оси датчика изменяется регистрируемый световой поток и, следовательно, электрический сигнал с фотоприемников 3 1 ил.