Фотоэлектрический импульсный датчик положения светового пятна на плоскости Советский патент 1974 года по МПК G05B11/06 

1

Изобретение относится к технике регистрации и обработки электромагнитного излучения в оптическом диапазоне длин волн и может применяться в приборах регистрации положения точечных источников излучения.

Известен датчик положения точечных источников излучения, который состоит из координатного фотонриемника, подключенного к нему суммо-разностного устройства, выходы которого соединены с нервыми входами каналов X и сУ усиления сигналов рассогласования и с входом опорного канала, причем вторые входы каналов А и У подключены к выходу опорного канала.

Однако несмотря на наличие цепей регулирования коэффициентов передачи каналов X и У напряжением опорного канала при изменении величины лучистого потока в широких пределах появляется погрешность определения координат пятна, обусловленная неидентичностью регулировочных характеристик усилителей в каналах X к ii/.

Целью изобретения является обеспечение .независимости напряжений рассогласования на выходах датчика от величины лучистого потока, измерение импульсов рассогласования переменной полярности в каждом канале с помощью одного униполярного преобразователя «амплитуда импульса - потенциал и

уменьшение длительности переходных процессов по окончании импульса рассогласования. Это достигается тем, что в предлагаемый датчик введен формирователь контрольных

импульсов, включенный между входом опорного канала и вторым входом каждого из двух каналов л и У, каждый из которых состоит из устройства ввода контрольного импульса рассогласования в канал, первого аттенюатора, преобразователя униполярных импульсов в биполярные, второго аттенюатора, усилителя, преооразователя «амплитуда импульса рассогласования - потенциал, анализатора знака сигнала рассогласования и

масштабного усилителя, причем вход преобразователя «амплитуда импульса рассогласования - потенциал одновременно через последовательно соединенные преооразователь «амплитуда контрольного импульса - потенциал, интегратор разности и сумматор подключен к вторым входам первого и второго аттенюаторов, второй вход сумматора и интегратора разности подключен к выходу и второму входу опорного канала, состояш,его

из последовательно включенных аттенюатора, усилителя и преобразователя «амплитуда импульса - потенциал, другие входы которого, а также входы остальных упомянутых выше преобразователей соединены с соответствующими выходами блока синхронизации.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого датчика; на фиг. 2 - временная диаграмма работы датчика.

Предлагаемый фотоэлектрический датчик состоит из диодного координатного фотоприемника 1 лучистой энергии, подключенного к нему суммо-разностного устройства 2, выход Со которого соединен с входом опорного канала, а выходы а и йу соответственно соединены с входами идентичных каналов X и У, причем каналы X и У соединены с опорным каналом. Между выходом ао устройства 2 и вторым входом каждого из двух каналов А и У включен формирователь 3 контрольных импульсов, выполненный в виде линии задержки. Опорный канал состоит из последовательно включенных аттенюатора 4, усилителя о и преобразователя 5 «амплитуда импульса - потенциал, причем выход преобразователя 6 подключеп к входу аттенюатора 4. Благодаря этой связи образуется контур автоматической регулировки усиления (АРУ) опорпого канала. Каледый из каналов X и У состоит из последовательно включенных устройства 7 ввода контрольного импульса в канал, первого аттенюатора 8, преобразователя 9 униполярных импульсов в биполярные, второго аттенюато За 10, усилителя 11, преобразователя 12 «амилитуда импульса - потенциал, анализатора, 13 знака рассогласования и масштабного усилителя 14. Между выходом усилителя 11 и входами аттенюаторов 8 и 10 включены последовательно соединенные преобразователь 15 «амплитуда коптрольного импульса - потенциал, интегратор 16 разности между контрольным потенциалом на выходе преобразователя 15 и напряжением АРУ опорного канала на выходе нреобразователя 6, сумматор 17 напряжений преобразователя 6 и интегратора io, причем вторые входы интегратора Ш и сумматора 17 подключены к выходу преобразователя 6. Канал 18 усиления и преобразования импульсов рассогласования по координате У, соединенный с выходами во, и о и % суммо-разностного устройства 2, формирователя 3, преобразователя 6, полностью идентичен каналу А. Выходы блока 19 синхронизации подключены к входам унравления нреобразователя 6 опорного канала, преобразователей 12 н 15 канала X и к входам аналогичных преобразователей канала У. Преобразователь 9 униполярных импульсов в биполярные выполнен .в виде дифференциального усилителя 20, один из входов которого соедииен с выходом устройства 7 ввода импульса в канал неносредственно, а другой вход через линию задержки 21 на время, равное ширине импульса. Анализатор 13 знака рассогласования выполнен в виде усилителя 22 биполярных импульсов, вход которого подключен к выходу преобразователя 12, а выходы соединены с входами триггера 23, связанного с ключами управления 24 и 25 на входах масштабпого усилителя 14. Сумморазностное устройство 2 выполнено на трех

операционных усилителях сложения и вычитания импульсов иг (, 2, 3, 4) фотоприемника 1 по правилам:

. + а + j

aj,,-a.,-a, + (1)

ay ai + a., - a., - a }

Величина ао пропорциональна полной лучи1Q стой энергии, падающей па фотоприемник 1, и не зависит от положения светового пятна, а величины их и йу зависят как от положения пятна, так и от освещенности:

a KBS j

а KBSX(2)

где S - нлощадь пятна; В - освещенность;

0X - масштабный коэффициент.

Фотоэлектрический датчик работает следующим образом.

Блок 19 синхронизации вырабатывает последовательность импульсов управления: импульс установки нуля (фиг. 2, а) для всех преобразователей 6, 12 и 15, импульс «Строб-1 (фиг. 2, б) для преобразователей D и 12, импульс «Строб-2 (фиг. 2, в) для преобразователя 15. Импульс ао (фиг. 2, г) поступает с выхода устройства 2 на вход аттенюатора 4 и одновременно на вход формирователя 3. Импульс ао усиливается усилителем 5 (фиг. 2, е), иреобразуется в потенциал t/o (фиг. 2, /с) преобразователем 6 и иодается на

5 вход аттенюатора 4. Цепь АРУ опорного канала поддерживает потенциал Uu постоянным при всех изменениях ао. Через интервал времени TI после импульса ао на выходе формирователя 3 появляется контрольный импульс

0 во (фиг. 2, (), который, как и импульс рассогласования их (фиг. 2, ж, вводится через устройство 7 в канал X. На выходах аттенюатора 8 появляется пара униполярных импульсов (фиг. 2, з), которые в преобразователе 9 становятся биполярными (фиг. 2, и). Первый импульс из этой пары запоминается в виде потепциала L/x в преобразователе 15 (фиг. 2, л). Если в первом биполярном импульсе сначала идет импульс положительный, то анализатор

0 13 пропускает потенциал Ux на неинвертирующий вход усилителя 14. При отрицательной полярности первого импульса анализатор 13 пропускает потенциал Ux на инвертирующий вход усилителя 14. Целесообразность преобразования однополярных импульсов в биполярные обусловлена тем, что, во-первых, биполярный импульс дает возможность запоминания амплитуды одним униполярным преобразователем, независимо от исходной поляр-.

0 ности импульса. Во-вторых, длительность переходных процессов после биполярного импульса значительно меньше, чем после однополярного, благодаря чему требуется меньшее время задержки ть а значит мепьше габариты самой линии задержки.

Потенциал Uo с выхода преобразователя б подается через сумматор 17 на входы управления аттенюаторов 8 и 10. Благодаря этому коэффициенты передачи каналов X и У грубо устанавливаются равными коэффициенту передачи опорного канала. Точное выравнивание коэффициентов передачи осуществляется с помощью контура автоматического слежения за усилиением опорного канала, причем этот контур в канале X замыкается через цреобразователь 15, интегратор 16 и сумматор 17. Если f/хкоитг. Uo, то напряжение интегратора 16, равное интегралу разности f XKonTp - UQ, вызывает положительное приращение напряжения АРУ на выходе сумматора 17, которое уменьщает коэффициент передачи аттенюаторов 8 и 10. При f XKOTiTp суммарное напряжение АРУ уменьшается до тех пор, пока не будет достигнуто равенство коэффициентов передачи опорного канала и канала X. Одновременно и аналогичным образом регулируется усиление канала У по усилению опорного канала. Так как коэффициенты передачи всех трех каналов датчика оказываются равными {K( Ki,), то выходные напряжения Ux и f/,, датчика на основании выражения (2) определяются в виде:

U, K,a, f,KBSX U,

Uy КуПу zn ,Y где Г/о /Гойо const.

Из выражения (3) видно, что пока цепь АРУ опорного канала обеспечивает постоянство величины f/o, выходные напряжения Ux и Uy датчика нропорциональны координатам X W У центра пятна и не зависят от величины лучистого потока.

Предмет изобретения

1. Фотоэлектрический импульсный датчик положения светового пятна на плоскости, состоящий из диодного координатного фотоприемника, подключенного к нему суммо-разностного устройства, один из выходов которого соединен с входом опорного канала, второй и третий выходы соответственно соединены с входами идентичных каналов X и У, причем канал X и канал У соединены с опорным каналом, отличающийся тем, что, с целью обеспечения независимости напряжений рассогласования на выходах датчика от величины светового потока, в него введен формирователь контрольных импульсов, включенный между входом опорного канала и вторым входом каждого из двух каналов X и У, каждый из которых состоит из устройства ввода контрольного импульса рассогласовання в канал, первого аттенюатора, преобразователя униполярных импульсов 3 бнполярные, второго аттенюатора, усилителя, преобразователя «амплитуда импульса рассогласования - потенциал, анализатора знака сигнала рассогласования и масщтабного усилителя, причем вход преобразователя «амплитуда импульса рассогласования - потенциал одновременно через последовательно соединенные преобразователь «амплитуда контрольного импульса-потенциал, интегратор разности и сумматор подключен к вторым входам первого и второго аттенюаторов, второй вход сумматора и интегратора разности подключен к выходу и второму входу опорного канала, состоящего из последовательно вк.люченных аттенюатора, усилителя и преобразователя «амплитуда импульса-потенциал, другие входы которого, а также входы остальных упомянутых выще преобразователей соединены с соответствующими выходами блока синхронизации.

2.Фотоэлектрический импульсный датчик по ц. 1, отличающийся тем, что преоб-разователь униполярных импульсов в биполярные выполнен в виде дифференциального усилителя, один из входов которого соединен с устройством ввода импульса в канал непосредственно, а другой через линию задержки.

3.Фотоэлектрический импульсный датчик по п. 1, отличающийся тем, что анализатор знака напряжения рассогласования содержит усилитель биполярных импульсов, вход которого подключен к второму выходу преобразователя «амплитуда импульса рассогласования - потенциал, причем выход усилителя биполярных импульсов подключен к триггеру с раздельными входами, выходы которого подключены к управляюп1им входам двух ключей, сигнальными входами подключенных одновременно к первому выходу преобразователя «амплитуда импульса рассогласования - потенциал, при этом выход одного из ключей соединотт с инвертирующим входом, а выход другого ключа с неинвертирующнм входом масштабного усилителя.

9иъ.

Ь ч ,5

а ё

т

3

и л1

,

L

I контр

Си,

-t

9 и г. 2