Преобразователь перемещения в код Советский патент 1979 года по МПК G08C9/06 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к функциональным схемам фотоэлектрических датчиков положения, и может быть использовано для измерения перемещения границы темной и светлой областей в технологических высокотемпературных процессах, например ia выращивании кристалла нз расплава, в а других процессах, где имеются самосветящиеся объекты контроля, связь с которыми возможна лишь оптическим путем.

Работа фотоэлектрических датчиков положения основана на явлении фотопроводимости, т.е. на изменении электропроводности полупроводников под де1йствием излучения. - - - .-..-: - -. :. :. -. .-. .; . , : :

Известные фотоэлектрические цифровые датчики положения, содержащие ясточник света, кодирующую маску, фотоприемник с целевой диафрагмой и электронный блок {t), требуют механического контакта с контролируемым объектом. Либо установки на контролируемом объекте зеркала или диафрагмы. Поэтому они не могут быть использованы для измерения перемещений темной.к светлой областей.

Известны фотоэлек-Ерическиё аналоговые датчики положения полубесконечного светового поля, содержащие объектив, позиционно-чувёт&ительный аналоговый фотоприёмник, выполненный в виде нанесенной на подлоЖку светочувствительной площадки с двумя электродами, и измернтельную цепь 2.

Недостатком этих датчиков является значйтельнай погрешность преобразования за счет яркости свечения контролируемого объекта во времени, э также за счет собственного дрейфа позиционного-чуВствйтельHQfo аналогового фотоприемника.

Один нз этих недостатков, а именно погрешность за счет .собственного дрейфа ф6топриеиника, устранен в наиболее близком tto технической сущности к заявляемому техническому решению преобразователе перемещения, сод ёржаШий объектив и фотоприемники с электродами, соединенными с измерительным блоком 3.

Однако, этйт датчик за счет изменения яркости свечйгййя к й1ТроЛируемого объекта во времени имеет 15огрнешность преобразования не менее SVo.;

Щелью данного изобретения является повышение точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе перемещения в код фотоприемник выполнен в виде расположенных между электродами дискретных дорожек с чередующимися чувствительными и нечувствительными к световому потоку ячейками, причем дорожки одного разряда сдвинуты относительно друг друга так, что чувствительные ячейки одной дорожки расположены против нечувствительных ячеек другой, а измерительный блок выполнен из параллельных цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных дифференциальных цепочек и усилителей, выходы которых подключены к триггеру. На приведенном чертеже изображена функциональная схема преобразователя перемещения в код. Предлагаемый преобразователь перемещения в код содержит измерительный блок 1, объектив (на чертеже не показан), фотоприемник 2, расположенный за объективом и выполненный в виде дискретных фоточувствительных дорожек, представляющих собой чередование ячеек 3, чувствительных к световому потоку, и ячеек 4, нечувствительных к световому потоку, с электродами 5, расположенными на границе дискретных фоточувствительных дорожек. Для реализации п-разрядного кода необходимо 2п дорожек, причем дорожки одного разряда сдвинуты относительно друг друга таким образом, что чувствительные ячейки 3 одной дорожки расположены против нечувствительных ячеек 4 другой. Количество ячеек младщего разряда зависит от требуемой точности преобразования положения в код, а количество ячеек старщих разрядов .зависит от вида выбранного кода. Фотоприемник 2 укреплен таким образом, что фоточувствительные дорожки перпендикулярны к определяемой границе светового поля. Посредством электродов 5 (в количестве 2п+1) и измерительного блока 1, содержащего нагрузочные резисторы 6 (в количестве п) и источники питания 7 и 8 (в количестве 2), осуществляется попарно дифференциальное включение дискретных фоточувствительных дорожек, реализующих п разрядов кода. Измерительный блок 1 также содержит дифференцирующие цепочки 9 и 10, усилители 11 и 12, триггер 13. Преобразователь перемещения в код работает следующим образом. Изображение контролируемого объекта с помощью объектива проецируется на плоскость пленочного фотоприемника 2 в виде границы светлой и темной областей. На нагрузочном резисторе 6, общем для двух дискретных фоточувствительных дорожек, реализующих один разряд, токи с первой и второй дорожек вычитаются. Если число освещенных чувствительнь1х к световому потоку ячеек 3 одной дорожки равно числу освещенных чувствительных к световому потоку ячеек 3 второй дорожки этого же разряда, то на общем нагрузочном резисторе б этого разряда ток будет отсутствовать. При смещении границы светового поля на щирину одной число освещенных чувствительных к световому потоку ячеек 3 одной дорожки будет отличаться от числа освещенных чувствительных к световому потоку ячеек 3 другой дорожки, реализующей тот же разряд, на единицу. В результате на нагрузочном резисторе 6, общем для двух дорожек, появится сигнал. Смещение границы темной и светлой областей будет вызывать появление на нагрузочном резисторе 6 периодической серии прямоугольных импульсов положительной полярности. Эти импульсы поступают на дифференцирующие цепочки 9-и 10, а затем соответственно на усилители 11 и 12. Усилитель 11 усиливает положительные импульсы, поступивщие с дифференцирующей цепочки 9 в результате дифференцирования передних импульсов на нагрузочном резисторе 6. Усилитель 12 усиливает отрицательные импульсы, поступающие с дифференцирующей цепочки 10 в результате дифференцирования задних .фронтов импульсов на нагрузочном резисторе 6. Импульсы с усилителей И и 12 поступают соответственно на нулевой и единичный входы триггера 13, устанавливая его в состояние «О или «1. Так как щирина ячеек (щаг квантования) каждого разряда различны, то каждому линейному положению границы темной и светлой областей соответствует вполне определенная кодовая комбинация на выходе триггера 13.. Теоретически достижимая точность преобразования предлагаемого фотоэлектрического датчика положения определяется числом ячеек младщего разряда. Если количество ячеек младщего разряда выбрать равным 10, что вполне реализуемо для технологии фотолитографии на фоторезисторных планках CdS, CdSe, то точность датчика составит 0,1%. Таким образом, наличие в измерительнЬм блоке фотоэлектрического датчика положения, содержащего объектив и пленочный фотоприемник с электродами, связанными с измерительным блоком, дифференцирующих цепочек, усилителей, триггера и, выполнение фотоприемника в виде расположенных между токоведущими электродами дискретных фоточувствительных дорожек с чередующимися чувствительными и нечувствительными к световому потоку ячейками со сдвигом дорожек одного разряда относительного друг друга таким образом, что чувствительные ячейки одной дорожки расположены против нечувствительных ячеек другой, позволило представить перемещение границы темной

и светлой областей в цифровой форме и повысить точность преобразования до 0,1%.

Формула изобретения

Преобразователь перемещения в код, содержащий объектив и фотоприемник с электродами, соединенными с измерительным блоком, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности преобразования,фотоприемник выполнен в виде расположенных между электродами дискретных дорожек с чередующимися чувствительными и нечувствительными к световому потоку ячейками, причем дорожки одного разряда сдвинуты друг относительно друга так, что чувствительные ячейки одной дорожки -расположены противiieчувствительных ячеек другой, а измерительный блок выполнен из параллельных, цепей каждая из которых состоит из последовательно соединенных дифференцирующих цепочек и усилителей, вь1ходы которых подключены к триггеру.

Источники информации, принятые во внимание при- экспертизе .

1.Авторское свидетельство СССР № 430420, кл. G 08 С 9/06, 02.02.73.

2.Авторское свидетельство СССР N 387412, кл. G-08 С 9/06, 05.03.70.

3.Журнал «Полупроводниковая техника и микроэлектроника, № 8, 1972, с. 93, рис. 46.