Фотоэлектрический датчик Советский патент 1975 года по МПК G02B27/30 G01B19/36 G01B11/26 

1

Изобретение относится к приборостроению, В частности к датчикам линейных перемещений, и может найти применение в системах автоматического контроля, в приборах для неконтактного измерения профиля поверхности, В контрольно-измерительной технике.

Известны фотоэлектрические датчики угла поворота, используемые для измерения линейных перемещений, содержащие источник света, оптическую систему формирования изображения источника света, автоколлимационную оптическую систему со светоотделительным элементом в виде усеченной пирамиды с зеркальными гранями и приемники светового потока, размещенные в пучках лучей, отраженных от ее граней.

Однако такие датчики не могут обеспечить ВЫСОКОЙ чувствительности и точности, так как значительная часть светового потока, создающего автоколлимационное изображение верхнего основания пирамиды рассеивается и не регистрируется приемником света. Обычно В известных устройствах с целью повыщения чувствительности применяют мощные источники светового потока, а также увеличивают размеры- светочувствительной поверхности приемников светового потока. Все это приводит не только к увеличению габаритов и сложности изготовления датчика, но и к больщим температурн-ым логрещностям.

вследствие нагрева его конструкции и приемников излучения.

Кроме того, ВЫХОДНОЙ сигнал таких датчиков зависит не только от линейных перемещеНИИ отражающей поверхности, но и от угла ее наклона. Поскольку выдержать постоянным угол наклона отражающей поверхности при ее перемещениях практически невозможно, то все это приводит к погрешности

измерения линейных перемещений. Такцм образом, известные датчики не могут обеспечить ВЫСОКОЙ чувствительности и точности измерений. Цель изобретения - повысить пороговую

чувствительность и точность автоколлимационных датчиков линейных перемещений.

Это достигается тем, что предлагаемый датчик снабжен кольцевым светосборником, а светоделительный элемент выполнен в виде усеченного конуса с прозрачными основаниями и отражающей наружной поверхностью, ось которого совпадает с оптической осью датчика и проходит через центр кольцевого светосборника, а верхнее основание смещенэ по отношению к плоскости изображения

а , о источника света на расстояние / ctgp, где

а - диаметр верхнего основания конуса; .р -

апертурный угол оптической системы. Кроме

этого кольцевой светосборник выполнен из волоконных элементов, одни концы которых расположены по окружности светосборника, а другие собраны в жгут, к которому подключен приемник светового потока.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого фотоэлектрического датчика; на фиг. 2 - разрез но А-А на фиг. 1.

Датчик содержит источник света 1, оптическую систему 2 формирования источника света, автоколлимационную систему 3, светоделительный элемент, выполненный в виде усеченного конуса 4 с отражающей наружной новерхностью и прозрачными основаниями. Последний расположен в центре кольцевого светосборника 5, изготовленного нз волоконных элементов, одни концы которых расположены по окружности светосборника, а другие собраны в жгут, к которому нодключен приемник 6 светового потока.

Датчик работает следующим образом.

Конусообразная нить накала источника света 1 в виде светового кружка проецируется оптической осветительной системой 2 в верщину усеченного конуса 3 с небольшим перекрытием. Изображение его верхнего основания автоколлимационной системой 4 проецируется на отражающую поверхность в виде светового пятна, диаметр которого примерно равен диаметру верхнего основания конуса.

Если отражающая поверхность расположена на расстоянии, равном удвоенному фокусному расстоянию автоколлнмацнонной системы, и угол ее наклона к оптической оси датчика равен нулю, то в этом случае автоколлимационное изображение верхнего основания конуса точно совпадает с размерами самого верхнего основания, а следовательно, н на приемник 6 световой поток не поступает. Когда же ограждающая поверхность из этого положения начинает перемещаться в сторону источника света 1, размеры автоколлимационного изображения изменяются, вследствие чего световой поток попадает на кольцевой светосборник 5 и приемник 6 светового потока. Количество светового потока, поступающего на светочувствительную поверхность

приемника, пропорционально линейному перемещению отражающей поверхности. Так как при перемещении отражающей поверхности весь световой поток изображения верхнего

основания конуса поступает только на один приемник света, то это позволяет существенно повысить пороговую чувствительность датчика, а определение соотнощения между угловыми размерами верхнего основания и его

изображением, угловые размеры автоколлнмационного нзо.бражения верхнего основания конуса должны быть больще угловых размеров самого верхнего основания на величину максимального угла наклона отражающей новерхности, дают возможность устранить влияние углов наклона отражающей поверхности на точность измерения линейных перемещений.

Предмет изобретения

1.Фотоэлектрический датчик, содержащий источник света, оптическую систему формирования изобрал ения источника света, светоделительный элемент, автоколлнмационную оптическую систему и приемник светового потока, отличающийся тем, что, с целью повышения пороговой чувствительности и точности, он снабжен кольцевым светосборником,

а светоделительный элемент выполнен в виде усеченного конуса с прозрачными основаниями и отражающей наружной поверхностью, ось которого совпадает с оптической осью датчика и проходит через центр кольцевого

светосборника, а верхнее основание смещено по -отношению к плоскости изображения источника света на расстояние / - ctgp, где

а - диаметр верхнего основания конуса; р - апертурный угол оптической системы.

2.Датчик по п. 1, отличающийся тем, что кольцевой светосборник выполнен из волоконных элементов, одни концы которых расположены по окружности светосборннка,

а другие - собраны в жгут, к которому подключен приемник светового потока.

Фиг 1

иг 2