ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Советский патент 1968 года по МПК H03M1/28 

Известны фотоэлектрические датчики перемещений, содержащие источник света, коллимационную линзу, подвижную и неподвижную растровые решетки, собирающие линзы, фотоприемники и оптическую фазосдвигающую систему.

Предложенный датчик отличается от известных датчиков тем, что в нем оптическая фазосдвигающая система выполнена в виде ряда оптических клиньев, обладающих различной клиновидностью, и размещенных между коллимационной линзой и растровыми решетками. Это позволяет повысить точность измерения перемещений, так как стеклянные оптические клинья можно сделать любых требуемых размеров для обеспечения эффекта усреднения ошибок нанесения делений на растровые решетки, а также упростить конструкцию устройства.

На чертеже дана схема предложенного устройства.

Датчик содержит источник 1 света, коллимационную линзу 2, четыре оптических клина 3, предназначенных для наклона падающего на них светового потока на небольшой угол, неподвижную растровую решетку 4, подвижную решетку 5, составную линзу 6, содержащую также, например, четыре части, каждая из которых имеет свой фокус, и фотоприемники 7. Количество света, попадающего на фотоприемники в пределах шага делений однозначно зависит от положения подвижной решетки 5.

В устройстве использованы решетки (подвижная и неподвижная) с одинаковым шагом, деления которых параллельны друг другу при измерении длин и радиальны при измерении углов. В последнем случае применение двух одинаковых дисков, несущих деления по всей периферии, позволяет достичь максимума усреднения ошибок нанесения делений и эксцентриситета.

Оптические клинья 3 имеют различную клиновидность и обеспечивают требуемый сдвиг фаз сигналов фотоприемников 7 за счет того, что световые потоки, проходящие через разные участки решеток 4 и 5 и попадающие на разные фотоприемники, падают на решетки под разными углами, соответствующими углам при вершинах оптических клиньев 3.

Для получения сдвига фаз сигналов фотоприемников на 90°, достаточно установить четыре клина, наклоняющих лучи, падающие на них, на угол ω, необходимый для того, чтобы положение внутри шага точек падения на подвижную решетку 5 лучей, проходящих через соответствующие точки неподвижной решетки 4, отличалось на четверть шага.

Необходимый для этого угол σ при вершине клина 3 определяется из выражения ω=(n-l)σ, где n - показатель преломления материала клина.

Особенно эффективно применение датчика при измерении угловых перемещений, когда информация считывается одновременно со всего круга. В этом случае на пути между коллиматором и решетками устанавливают оптические клиноиды, ограниченные, например, с одной стороны приблизительно винтовой поверхностью. Разность фаз в этом случае получают аналогичным образом. Клиноиды в датчиках угла могут быть кольцевыми или секторными.

Фотоэлектрический датчик перемещений, содержащий источник света, коллимационную линзу, подвижную и неподвижную растровые решетки, собирающие линзы, фотоприемники и оптическую фазосдвигающую систему, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения перемещений и упрощения конструкции устройства, оптическая фазосдвигающая система выполнена в виде ряда оптических клиньев, обладающих различной клиновидностью и размещенных между коллимационной линзой и растровыми решетками.