Фотоэлектрический датчик угловых перемещений Советский патент 1977 года по МПК G01B11/26 

1

Изобретение относится к области контрольно-из.мерительной техники, касается датчиков угловых перемещений и может быть использовано в системах автоматического регулирования и управлеиия.

Fl3BecTeH фотоэлектрический датчик угловых перемещений, содержащий корпус, подвижный и неподвижный растры, по обе стороны от которых в корпусе соосно расположены фотоириемники и осветительное устройство.

Однако такой датчик имеет невысокую точность преобразования перемещений.

наиболее близким по технической сущности к изобретению является фотоэлектрический датчик угловых перемещений, содержащий корпус, подвижный и неподвижный растры, по обе стороны от которых в корпусе соосно расположены две пары фотоприемников и осветительных устройств, состоящих из жестко связанных конденсора и точечного источника излучения. При вращении подвижного растра относительно неподвижного ироисходит модуляция светового потока, которая воспроизводится фотоприемниками в внде электрических сигналов на их зажимах. С датчика снимаюгся два сигнала треугольной формы, каждый из которых формируется иарой диаметрально расноложенных сротонриемннков. Для определения направления вращения подвижиого растра необходимо, чтобы сигналы с

2

датчика имели сдвиг по фазе, близкий к 90°. Для этого осветительные устройства в одной паре устанавлпваются наклонно под углом а так, чтобы выполнялось условие

где Р - угловой щаг на}1есения щтрихов на

растрах; d - зазор растрами.

Из формулы вытекает, что при выбранном угле наклона а фазовый сдвиг выходных сигпалов строго определяется величнной зазора а.

Однако из-за торцового бпения нодвпжного растра, которое в реальных конструкциях всегда нмеет место из-за наличия инстру.ментальных погрещностей, величина зазора и непрерывно изм-;няется, что ириводит к значительным фазовым иогрещностям, снижающим точность преобразования датчика.

Кроме гого, этот датчик обладает и значительными амплиг диыми погрещностями, об словлеппымп нспде1ггичпостью и неравномерностью засветки светоч}вствительных поверхностен фогопрпелшиков, вызванных несоверщенсчвом коасгрукции осветительного стройства, в котором кондепсор п источник излучсиия жестко ооьединсны в однон детали п привязки индикатриссы излучения источника к оптической оси конденсора осуществляется через геометрию его корпуса. В осветительном устройстве датчика иолная мощность источника излучения исиользуется только частично и при этом не обеспечивается полная и равномерная засветка всей площади фотоприемника, в результате чего сигнал с данного фотоприемиика будет зпачительно отличаться от сигналов с других фотоприемииков в датчике.

Таким образом, рассматриваемый датчик не обеспечивает высокой точности преобразования из-за наличия амилитудных и фазовых ощибок и требует обязательного отбора источников излучения ио идеитичности диаграмм наиравленности излучения.

Предлагаемый датчик отличается от известных тем, что для повышения точиости датчика и исключения иодбора источинков излучеиия ио симметрии индикатрисе излучеиия он снабжен шаровой опорой, устаиовлен«ой в с возможностью угловых перемещепий относительно упомянутой оптической оси, а цеитр точечного источника излучения совпадает с центром щаровой опоры.

На чертеже изображена принципиальная схема датчика.

Датчик содержит корпус 1, подшипниковый узел 2, вал 3, подвижный задаюищй растр 4, неподвижный пндикаторный растр 5, фотоприемники 6, оправу 7, осветительное устройство, состоящее из конденсора 8, точечного источника излучеиия 9 - светодпода, niapoвой опоры 10 и прижима 11.

Растровое сопряжепие состоит из подвижного задающего раствора 4, жестко закреплеииого па валу 3, и индикаторного растра 5, закрепленного пеподвпжно в корпусе 1. Для расширения функциональных возможностей датчика фотоириемннки G представляют собой четыре фотодиода, смещенных пос.ледоБатсльно друг относптельно друга на 1/4 шага муаровой комбинационной иолосы и закрепленных неподвижпо в корпусе 1 со стороны подвижного задающего растра 4. Источник излучения 9 крепится в шаровой опоре 10 таким образом, что eio центр совпадает с центром шаровой опоры и находится на оптической оси О-О и в фокусе конденсора 8. Шаровая онора 10 прижимается к корпусу 1 с помощью прижима 11, что позволяет надежно фиксировать ирострапственное положение фотоприемииков 6. Шаровая опора выполнена таким образом, что выполняет также функции отражателя, а выбранный конструкционный материал с хорошей теплопроводностью позволяет ее также использовать в качестве теплоотвода.

Работает предлагаемый датчик следующим образом.

lienpepbiBHoe изменение углового положения вала 3 иреобразуют иодвижным и неподвижиым растрами в иериодическое изменение еветового потока между осветительным устройством и фотоприемниками 6, при этом фотоприе 1нпки реагируют на это изменение и выдают во внешнюю цепь периодический электрический сигнал.

Съем информации производят одновременно с четырех диаметрально расположенных групп фотоприемников, чем практически устраняются амплитудные и фазовые ошибки от биения подвижного растра 4.

Фор м } л а изобретения

Фотоэлектрический датчик угловых перемещений, содержащий корпус, подвижный и неподвижный растры, по обе стороны от которых в корпусе па одной оптической оси расиоложены фотоприемпики и осветительное устройство, состоящее из конденсора и точечного источника изл ченця, о т л и ч а ю щ и йс я те.м, что, с целью иовышения точности датчика и исключения подбора иеточников

излучения ио симметрии индикатриес излучения, он снабжен шаровой опорой, установленной в корпусе с возможностью угловых перемещений относительно упомянутой оптической оси, а центр точечного источника излучения

совпадает с центром шаровой опоры.

Ю 9

11