Способ измерения положения объекта Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

СП

с

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является расширение области применения Цель достигается тем, что при сохранении равных элементов разложения шаги расположения излучателей в ряду и приемников в ряду могут быть различными и выбираться из соотношений a/n L/H 1. b/mh I/L-Ч; H/h m.n-1, где m, n - числа излучателей и прием- никоп соответственно: a, b - шаги между излучателями и фотоприемниками соответственно; L I - расстояния от плоскости подвижного элемента до плоскостей излучателей и фотоприемников соответственно; Н, h - диапазон и дискретность измерения соответственно. 3 ил

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения положения подвижного элемента датчиков перемещения, уровня, плотности и т.п.

Известен способ измерения положения объекта, заключающийся в том, что располагают последовательно источники излучения, от них формируют световые потоки, направляют потоки на плоскость размещения объекта, устанавливают в плоскости анализа последовательно расположенные приемники излучения, каждым приемником принимают излучение от оптически сопряженного с ним источника, преобразуют оптический сигнал в электрический, по числу импульсов сигнала от всех приемников, равному числу элементов разложения, не перекрытых объектом, определяют геометрический параметр.

Недостатком .тгого способа является необходимость располагать большое количество источников и приемников излучения Кроме того, при этом способе нельзя получить малую величину элемента разложения в связи с конечными размерами источников и приемников излучения, что ограничивает точность измерения.

Известен способ измерения положения объекта, при котором также располагают последовательно источники и приемники излучения, преобразуют оптический сигнал в электрический, по числу импульсов сигнала or приемников определяют геометрический параметр положения объекта.

Недостатком этого способа является неоптимальное расположение излучателей и фотоприемников относительно плоскости объекта.

О

к

00

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения положения объекта, заключающийся в том. что располагают последовательно источники расходящегося излучения, от них формируют световые потоки со взаимопересекающимися лучами, направляют потоки на плоскость размещения объекта, между точками пересечения лучей с плоскостью размещения объекта формируют равные элементы, устанавливают в плоскости анализа последовательно расположенные приемники излучения, каждым приемником принимают последовательно излучение от нескольких источников излучения, оптически сопряженных с ним, преобразуют оптический сигнал в электрический, по числу импульсов сигнала, равному числу элементов разложения, не перекрытых объектом, определяют геометрический параметр.

Недостатком указанного способа является то, что количество излучателей и фотоприемников и их-взаимное расположение выбирают неоптимальным образом применительно к конкретной реализации способа, что сужает область его применения.

Целью изобретения является расширение области применения способа измерения положения объекта,

Применение способа позволяет оптимизировать количество излучателей и приемников и их взаимное расположение. Способ может быть применен для измерения как малых, так и больших перемещений и при использовании различных типов излучателей и приемников.

Цель достигается тем, что при способе измерения положения объекта, заключающемся в том, что располагают последовательно источники расходящегося излучения, от них формируют световые потоки излучения со взаимопересекающимися лучами, направляют потоки на плоскость размещения объекта, между точками пересечения лучей источников с плоскостью раз мещения объекта формируют равные элементы, устанавливают в плоскости анализа последовательно расположенные приемники излучения, каждым приемником принимают последовательно излучение от нескольких источников излучения, оптически связанных с ним, преобразуют оптический сигнал в электрический, по числу импульсов сигнала, равному числу элементов разложения, не перекрытых объектом, определяют геометрический параметр, источники и приемники излучения устанавливают относительно плоскости размещения объекта исходя из соотношений a/h L/l + 1;

b/mh l/L+ 1; H/h-mn-1,

где а и b - шаги между излучателями и приемниками соответственно;

h и Н - дискретность и диапазон измерения соответственно;

L и I - расстояния от излучателей и приемников до плоскости размещения объекта соответственно;

0 тип- число излучателей и приемников соответственно.

Использование указанных соотношений позволяет выбирать оптимальное количество излучателей и приемников и

5 оптимально их располагать относительно друг друга и относительно плоскости размещения объекта.

На фиг. 1 приведена блок-схема преобразователя, при помощи которого может

0 быть осуществлен способ; на фиг, 2 - оптическая схема преобразователя; на фиг. 3 - временные диаграммы работы преобразователя.

Преобразователь содержит излучатели

5 1.1-1.т, фотоприемники 2.1-2.п. подвижный элемент 3, распределитель А импульсов и блок 5 счета импульсов. Излучатели 1.1- l.m и фотоприемники 2.1-2.П расположены в одной плоскости напротив друг друга.

0 Между ними расположен подвижный элемент 3, положение которого измеряется преобразователем, Излучатели 1.1-1.т соединены с выходами распределителя 4 импульсов, обеспечивающего последова5 тельное импульсное питание излучателей, выходы фотоприемников 2.1-2.П соединены с входами блока 5 счета импульсов, осуществляющего счет импульсов с фотоприемников. Распределитель 4 импульсов и

0 блок 5 счета импульсов соединены цепями 6-8. по которым осуществляется управление блоком 5 счета импульсов.

На фиг, 1 приведены примеры выполнения распределителя 4 импульсов и блока 5

5 счета импульсов. Распределитель 4 импульсов содержит генераюр 9 импульсов, счетчик 10, дешифратор 11. усилители 12 1-12.т, одновибраторы 13-15 и элемент 16 задержки; Блок 5 счета импульсов содер0 жит усилители 17.1-17.п, мультиплексор 18, счетчик 19 и блок 20 индикации. Выход генератора 9 соединен со .счетным входом счетчика 10 и через одновибратор 13 со стробирующим входом дешифратора 11.

5 Младшие разряды счетчика 10 соединены с разрядными входами дешифратора 11, выходы которого соединены через усилители 12.1-12.m с излучателями 1,1-1.т. Старшие разряды счетчика 10 соединены через цепи 6 и 7 с адресными входами мультиплексора

18, информационные входы которого через усилители 17.1-17.п соединены с фотоприемниками 2.1-2.п, а выход соединен со счетным входом счетчика 19. Последний разряд счегчика 10 соединен через одновибраторы 14, 15 и цепь 8 с входом сброса счетчика 19, выходы которого соединены с блоком 20 индикации. Выход одновибрэтора 14 соединен через элемент 16 задержки с управляющим входом генератора 9. В зависимости от конкретных потребностей блок 20 индикации можег иметь двоичную или десятичную индикацию или выходы на внешние устройства.

Блоки и узлы преобразователя могут быть выполнены на следующих элементах: излучатели 1.1-1 m - излучающие диоды АЛ107; фотоприемники 2.1-2.П - фототранзисторы ФТ2К; счетчики 10 и 19 - микросхема К155ИЕ5; дешифратор 11 - микросхема К155ИД4; генератор 9, одновибраторы 13- 15 - микросхемы К155АГЗ; мультиплексор 18 - микросхема К155КП2; усилители 12.1- 12.m -.транзисторы КТ814; усилители 17.1- 17.п - микросхемы К140УД8: блок 2 индикации - светодиоды АЛ307.

Оптическая схема преобразователя построена следующим образом (фиг. 2). Излучатели 1.1-1.т расположены в ряд в плоскости А с шагом а друг от друга Фотоприемники 2.а-2.п расположены в ряд плоскости В с шагом b друг от друга. Подвижный элемент 3 расположен в плоскости С. Излучатели 1.а-1.т, фотоприемники 2.1-2.п.и подвижный элемент 3 расположены в плоскости, перпендикулярной плоскостям А, В, С. Расположение излучателей 1.1-1.т и фотоприемников 2.1-2.П относительно подвижного элемента 3 выполнено согласно следующим соотношениям:

a/h L/l ь 1:(1)

b/mh 1/1+1:(2)

H/h mn-1.(3)

где m, n - число излучателей и фотоприемников соответственно;

a, b - шаги между излучателями и фотоприемниками соответственно;

L, I - расстояния от плоскости С до плоскостей А. В соответственно,

Н, h - диапазон и дискретность измерения соответственно.

Линии, показанные на фиг. 2 между излучателями и фотоприемниками, обозначают оси соответствующих пучков света от излучателей к фотоприемникам. Выполнение соотношений (1)-(3) обеспечивает равенство расстояний между осями световых пучков в плоскости С (в зоне подвижного элемента 3), причем эти расстояния равны

дискретности измерения h, 3 расстояние между крайними осями равно диапазону измерения Н. Соотношения (1)-(3) выведены на основании подобия соответствующих 5 треугольников на фиг. 2.

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчик 10 находится а нулевом состоянии, одновибратор 10 14 возбужден, на управляющий вход генера- тора 9 подан сигнал выключения с одновибратора 14, блок 20 индикации выдает информацию о содержимом счетчика 19. С младших разрядов счетчика 10 на дешифра- 5 тор 11 подается код 00, со старших разря дов счетчика 10 по цепям 6 и 7 на мультиплексор 18 подается код 00.

При выключении одновибратора 14 запускается одновибратор 15, с которого по

0 цепи 8 подается импульс сброса на счетчик 19. Затем с задержкой, задаваемой элементом 16 на время сброса счетчика 19, включается генератор 9. Началом каждого импульса генератора 9 запускается одно5 вибратор 13, а концом импульса добавляется единица в счетчик 10. Импульсы с одновибратора 13 стробируют дешифратор 11. который через усилители 12.1-12 п вклкэ- чает последовательно излучатели 1.1-1.т.

0 Световые импульсы от излучателей поступают нате фотоприемники 2.1-2.П, которые не затенены подвижным элементом 3. На фиг. 1 и 3 показан случйи, когда импульсы света проходят от всех излучателей на фотчэпри5 емник 2.1 и от двух излучателей 1.1, 1.2 на фотоприемник 2.2, Последовательное включение излучателей 1.1-1.т циклически повторяется Число циклов равно или кратно числу фотоприемников 2.1-2 п

0Фотоприемники 2.1-2 п, принявшие

световые импульсы, формируют .электрические импульсы, которые через усилители 17.1- 17.п поступают на информационные входы мультиплексора 18. Переключение

5 мультиплексора 18 производятся сигналами, поступающими на его адресные входы со старших разрядов счетчика 10. В результате мультиплексор 18 подключает поочередно фотоприемники 2.1-2п к счетному

0 входу счетчика 19. Таким образом, счетчик 19 подсчитывает импульсы вначале от фотоприемника 2.1, затцм от фотоприемника 2.2 и так далее до фотоприемника 2.п. К концу опроса всех фотоприемиков в счетчике 19

5 оказывается-число пропорциональное положению подвижного элемента 3.

Циклическое включение излучателей 1.1-1.т и опрос фотоприемников 2.1-2.П заканчиваются при обнулении счетчика 10 е результате его переполнения. В момент переполнения счетчика 10 запускается одно- вибратор 14, который выключает генератор 9, Одновибратор 14 формирует паузу, в течение которой производится визуальный съем информации с блока 20 информации или вывод информации в двоичном коде на внешние устройства. Далее процесс измерения повторяется.

Импульсное включение излучателей 1.1-1.ГП и получение цифровой информации о положении подвижного элемента 3 путем счета импульсов с фотоприемников 2.1-2.П позволяют исключить влияние дестабилизирующих факторов на результаты измерения (нестабильность параметров излучателей. фотоприемников, усилителей от времени, температуры, питающих напряжений). Импульсное включение излучателей 1.1-1,т позволяет использовать форсированный режим их работы для получения более мощ- ных световых импульсов, что дает возможность упростить или полностью исключить усилители 17.1-17.П на выходах фотоприемников 2.1-2.п. Кроме того, появляется возможность избавиться от влияния внешних з(эсветок фотоприемников. Многократное использование излучателей и фотоприемников в процессе измерения, что обеспечивается описанным построением оптической схемы, позволяет значительно сократить ко- личество излучателей, фотоприемников, усилителей по сравнению с числом уровней отсчета.

Формула изобретения Способ измерения положения объекта, заключающийся в том, что располагают поИ

}

(ГО

следовательно источники расходящегося излучения, от них формируют световые потоки излучения со взаимопересекающимися лучами, направляют потоки на плоскость размещения объекта, между точками пересечения лучей источников с плоскостью раз- мещения объекта формируют равные элементы, устанавливают в плоскости анализа последовательно расположенные приемники излучения, каждым приемником принимают последовательно излучение от нескольких источников излучения, оптически связанных с ним, преобразуют оптический сигнал в электрический, по числу импульсов сигнала, равному числу элементов разложения, не перекрытых обьектом, определяют геометрический параметр, отличающийся тем, чго, с целью расширения области применения, при формировании равных элементов разложения источники и приемники устанавливают относительно плоскости размещения объекта исходя из соотношений

a/h L/I + 1;

b/mh l/L+ 1:

H/h mn- 1,

где а и b - шаги между излучателями и приемниками соответственно;

h и Н - дискретность и диапазон измерения соответственно;

L и I - расстояния от излучателей и приемников до плоскости размещения объекта соответственно;

тип- число излучателей и приемников соответственно.

тал

г

гп

im

Выходы

Фиг ъ

Составитель О.Мацкевич Редактор И.ШмаковаТехред М.МоргенталКорректор Э.Лончакова

Заказ 2388 ТиражПодписное

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

Фиг. 2