Фотоэлектрический преобразователь перемещения Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, а именно к системам автоматического контроля неэлектрических величин, и может быть использовано для преобразования угловых или линейных перемещений различных объектов в дискретный электрический сигнал, например, в устройствах числового программного управления станками,

Известно устройство измерения пере- мещения, использующее выравнивание каналов с помощью ограничивающих шторок, изменяющих поток облучения растрового сопряжения и выравнивание считываемых сигналов (отрицательной и положительной полуволн), осуществляемое регулировочным резистором в цепи одного из фотоприемников, и содержащее установленные последовательно источник излучения, оптическую систему, шторки, растровое сопря- жение, четыре фотоприемника и два канала обработки сигнала с усилителями и регулировочными резисторами в каждом.

Недостатками этого устройства измерения являются ограниченное быстродейст- вне и зависимость точности измерения от скорости считывания информации. Эти недостатки обусловлены тем, что включение фотоприемников не обеспечивает режима, близкого к короткому замыканию. Введение регулировочного резистора приводит к разности постоянных времени цепей, образующих отрицательную и положительную полуволны и, следовательно, к частотно-зависимым искажениям формы сигнала и фа- зовому сдвигу между выходными квадратурными сигналами. Введение ограничивающей шторки искажает равномерность засветки рабочей зоны растрового сопряжения и также приводит к искажению формы считываемого сигнала, В результате этих воздействий в преобразователе ВЕ- 178А при увеличении скорости считывания от 50 до 100% номинальной фазовый угол между выходными сигналами двух каналов изменяется вдвое.

Известен также фотоэлектрический преобразователь, который является наиболее близким к предложенному по технической сущности, в котором использованы два источника излучения, включенные по балансовой схеме для регулирования мощности излучения; каждый источник излучения через отдельную зону растрового сопряжения оптически связан с двумя фотопрйемника- ми; относительный сдвиг между зонами растров - 1/4 шага растр; фотоприемники первой зоны соединены параллельно, а фотоприемники второй зоны - встречно, обе группы фотоприемников подключены к

электронному блоку, формирующему два квадратурных выходных сигнала.

Недостатки данного преобразователя: фототек параллельно включенных фотоприемников имеет постоянную составляющую; фототек встречно включенных фотоприемников не имеет постоянной составляющей только при идентичности параметров элементов двух каналов; обеспечение требуемого фазового сдвига (90°) между выходными сигналами электронного блока достигается за счет разбалансировки амплитуды фототоков двух каналов путем изменения мощности излучения.

Известно, что наличие постоянной составляющей в сигнале фототока приводит к температурным, временным и другим дрейфам сигнала, а следовательно, к снижению точности устройства. Этот основополагающий принцип построения фотоэлектрических преобразователей нарушен.

Введение разбалансировки между каналами влияет на стабильность точности параметров устройства под воздействием внешних условий,

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения погрешности, обусловленной неравенством амплитуд фоютоков в измерительных каналах и неравенством положительной и отрицательной попуволн в фототоках каждого из каналов, повышение быстродействия преобразователя за счет уменьшения постоянной времени.

Поставленная цель достигается за счет того, что фотоэлектрический преобразователь перемещений, содержащий регулируемый потенциометр, два источника излучения, соединенные по балансной схе- ге через регулируемый потенциометр, по- следовательноустановлемные по ходу пучка излучения измерительный растр, выполненный в виде равномерно нанесенных штрихов, индикаторный растр, выполненный в виде групп равномерно нанесенных штрихов, четыре фотоприемника и электронное устройство, снабжен вторым регулировочным потенциометром, двумя ограничивающими резисторами, второй парой источников излучения, соединенных по балансной схеме через соответствующий регулировочный потенциометр, каждая пара источников излучения соединена с шиной питания через соответствующий ограничивающий резистор, каждый излучатель оптически связан с соответствующим фотоприемником, электронное устройство выполнено в виде двух усилителей-ограничителей, относительный сдвиг между фотоприемниками соответствует расположению

групп штрихов индикаторного растра и равен 1/4 шага штрихов, фотоприемники сгруппированы попарно, в каждой пэре фотоприемники с относительным сдвигом в 1 /2 шага штрихов включены пстречно и под- ключены к входу соответствующего усилителя-ограничителя.

На чертеже представлена схема преобразователя перемещения.

Фотоэлектрический преобразователь перемещения содержит источники 1-4 излучений, подвижный измерительный растр 5, неподвижный индикаторный растр 6, фотоприемники 7-10, электронное устройство в виде усилителей-ограничителей 11 и 12, регулировочные потенциометры 13 и 14, ограничивающие резисторы 15 и 16, источник 17 постоянного тока.

Источники излучения сгруппированы попарно (1, 2 и 3, 4) в два канала (записыва ются источником 17 постоянного тока через ограничительные резисторы 15,16 и регулировочные потенциометры 13, 14). Каждый излучатель оптически связан с соответству- ющим фотоприемником. Относительный сдвиг фотоприемников в каналах определен зонами сопряжения растров 5, 6. Зоны сопряжения растров выполнены так, что относительный сдвиг между фотоприемниками 7 и 8 (аналогично между фотоприемниками 9 и 10) составляет половину шага растра, а относительный сдвиг иежду фотоприемниками 7 и 9 - одну четверть шага растра. Фотоприемники 7, 8 каждого канала (знало- гично 9, 10) соединены встречно и подключены к входу усилителя-ограничителя 11 (аналогично 12).

Фотоэлектрический преобразователь работает следующим образом.

При перемещении измерительного растра 5 относительно индикаторного растра 6 происходит амплитудная модуляция четырех независимых потоков излучения, образованных излучателями, попадающих на фогоприемники. С выходов фотоприсмни- ков 7-10 снимают сигналы И, г, 1з и ц, равные соответственно:

lt Ao + Aisin(9

12 АО-Aisin О з АО + Азсозб

А АО - A4COS 0 ,

где АО - постоянная составляющая фотоэлектрического сигнала;

А1...А4 - соответствующие амплитудные коэффициенты;

{(О ) - закон пропускания растрового сопряжения.

Поскольку фотоприемники каждого канала включены встречно, то постоянная составляющая фотоэлектрического сигнала компенсируется, и на вход усилителей-ограничителей поступят сигналы

i1 Hi-l2 (Ai+A2)sln0 A sin#

ll l3-l4 (A3 + A4)cos tf , которые преобразуются в два выходных квадратурных логических сигнала.

Условием отсутствия погрешности измерения преобразователя является

AI А2 Аз А4 или А1 А . Это условие в преобразователе реализуется выравниванием величин фототоков путем перераспределения тока источника 17 между излучателями. Равенство AI А2 достигается регулировочным потенциометром 13 (аналогично Аз Ад - потенциометром 14).

Выравнивание между собой амплитуд сигналов каналов А А осуществляется ограничением суммарного тока пары излучателей ограничивающими резисторами 15 и 16 соответственно в одном и другом каналах.

Максимальное быстродействие преобразователя обеспечивается реализацией включения фотоприемников в режиме, близком короткому замыканию, что осуществляется непосредственным подключением фотоприемников к усилителю-ограничителю, входное сопротивление которого значительно меньше внутреннего сопротивления фотоприемников.

Формула изобретения Фотоэлектрический преобразователь перемещения, содержащий регулировочный потенциометр, два источника излучения, соединенных по балансной схеме через рэгулировочный потенциометр, последовательно установленные по ходу пучка излучения измерительный растр, выполненный в виде равномерно нанесенных штрихов, индикаторный растр, выполненный в виде равномерно нанесенных штрихов, четыре фотоприемника и электронное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и быстродействия, он снабжен вторым регулировочным потенциометром, второй парой источников излучения, соединенных по балансной схеме через соответствующий регу- лиропочный потенциометр, двумя ограничивающими регистрами, каждая пара источников излучений соединена с шиной питания через соответствующий ограничивающий резистор, каждый излучатель оптически связан с соответствующим фотоприемником, электронное устройство

выполнено в виде двух усилителей-ограни-ваны попарно, в каждой паре фотоприемнимителей, относительный сдвиг между фотопри-ки с относительным сдвигом в 1/2 шага

емниками соответствует расположению группштрихов включены встречно и подключены

штрихов индикаторного растра и равен 1/4к входу соответствующего усилителя-ограшага штрихов, фотоприемники сгруппиро-5 ничителя.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет исключения погрешности, обусловленной неравенством амплитуд фототоков в измерительных каналах и неравенством положительной и отрицательной полуволн в фототоках каждого из каналов, и повышение быстродействия преобразователя за счет уменьшения постоянной времени. С целью повышения быстродействия и точности измерения в предлагаемом техническом решении обеспечивается выравнивание сигналов фотоприемников за счет согласования токов питания излучателей, т.е. выравнивание величин положительной и отрицательной полуволн выходного сигнала одного канала осуществляется путем перераспределения тока источника постоянного тока 17 между источниками 1 и 2 с помощью потенциометра 13, а 3 и 4 - с помощью потенциометра 14. Амплитуды выходных сигналов каналов выравниваются между собой путем ограничения суммарного тока каждой пары источников с помощью резисторов 15 и 16. 1 ил. сл С vj СЛ 00 -N СА О