Фотоэлектрический датчик синуса угла поворота Советский патент 1979 года по МПК G01B11/26 

t.

Изобретение относится к контроль,но-измерительной технике и может быть использовано, в частности для измерения синуса и косинуса угла поворота, а также пропорциональных им величин.

Известен фотоэлектрический датчи угловых перемещений, содержащий источник света, проекционную оптическую систему, диск с нанесенными на него штрихами и фотоэлектрическую отсчетную систему l .

Известный датчик не позволяет непосредственно измерить синус угла поворота.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и решаемой задаче является фотоэлектрический датчик синуса угла поворота, содержащий источник света, проекционную оптическую систему, диск с нанесенными на него по периферии вдоль радиуса штрихами и фотоэлектрическую отсчетную систему 2

Определение синуса обеспечивается тем, что штрихи на диске направлены вдоль радиуса и образуют позиционный код синуса, зависящий от углового положения диска относительно отсчетной системы.

2

Недостатком известного датчика является низкая точность из-за сочетания радиального положения штрихов с их неравномерным распределением вдоль окружности.

С целью повышения точности Измерения предлагае1«Ш й датчик снабжен объективом, установленным в оптической системе и проектирующим изображение штрихов на плоскость этих штрихов, которые нанесены один параллельно другому и с постоянным шагом.

На фиг.1 изображен предлагаемый датчик с прозрачным диском; на фиг.2то же, с непрозрачным диском.

Предлагаемый датчик содержит вал 1,дкск 2 с параллельными штрихами 3, источник 4 света, конденсатор 5, проекционную оптическую, систему, включающую полупрозрачное -зеркало 6, объектив 7, вогнутое зеркало 8, конденсатор 9 и фотоэлектрическую отсчетную систему Ю.

Предлагаемый датчик работает следующим образом.

В датчике на валу 1 закрепляется прозрачный диск 2 с круговой дорожкой штрихов 3, нанесенных параллельно с постоянным шагом. Расходящийся пучок света от источника 4 проходит конденсатор 5, преобразующий его в параллельный лучок, отклоняется полупрозрачным зеркалом б if попадает в объектив 7, который фокусирует пучок на заштрихованной поверхности диска 2. Получающееся при этом световое пятно соответствует изображению светящейся части источника 4 света или окна диафрагмы, которая может быть составной частью этого источника. Далее часть .ггучей исходного пучка, прошедшая через промежутки между штрихами на диске 2, попадает на вогнутое зеркало 8. Отраженный от него пучок лучей фокусируется на заштрихованной поверхности диска 2 образуя на ней группу световых пяте в виде штрих-ов, параллельных штрихам 3 на диске. Эта группа штриховых пятен является изображением про межутков между штрихами 3 диска 2, освещенньох со стороны объектива 7. При таком гфоектировании штрихов и промежутков меж,цу ними на заштри хованную поверхность увеличение от .сутствует,так как зеркало 8 располо жено на удвоенном фокусном расстоя нии от этой поверхности. Световой пучок, сфокусированный зеркалом 8, частично лроходит через заштрихованную поверхность и попадает в объектив 7. Выиледший из нее параллельный пучок проходит через полупрозрачное зеркало 6 и конденсатор 9, фокусирующий этот пучок на отсчетнрй системе. При вращении вала 1 штрихи 3 на диске 2 и наложенное на них штрихо вое изображение, спроектированное .реркалом 8, перемещаются в противо положных направлениях, причем штри хи диска и изображения остаются вс да параллельными, поэтому световой поток, прошедший через освещенную область заштрихованной поверхности со стороны зеркала 8, оказывается модулированным. Соответственно сиг нал с фотоэлектрической отсчетной системы 10 имеет переменную составляющую, которая может быть выделена. Синус угла поворота в пределах 0-90 пропорционален количес ву максимумов светового потока, поступающего на фотоэлемент с нача ла отсчета, т.е. с момента, когда оптическая ось пересекается со штр хом диска 2, лежащим на диаметре. Количество максимумов или средних значений потока подсчитывается сче чиком, подключенным к системе 10. На выходных шинах этого счетчика формируется сигнал, соответствующи значению синуса или пропорциональной ему величины. Полное число максимумов при пов роте на 90° определяется числом шт хов и некоторыми параметрами опти54еской системы. Если на диске 2 разеры освещенной области с неискажен ным изображением меньше шага между трихами, то число максимумов равно количеству штрихов, укладывающихся между оптической осью и осью вращения диска при его повороте на . Если освещенное поле зрения охватывает группу штрихов, как это предусмотрено в датчике, то количество максимумов удваивается. Количество максимумов увеличивается также при достаточном изменении коэффициента увеличения проектирующего объектива по сравнению с единицей. В датчике может быть использован также непрозрачный диск 2 (фиг.2).В этом варианте используется объектив 7 с дополнительным полупрозрачным зеркалом 11. Этот объектив проектирует изображение освещенных отражающих штрихов 3 диска 2 на поверхность этих штрихов. Световой поток, отраженный от поверхности штрихов на диске и поступающий через конденсатор 9 в фотоэлектрическую отсчетную систему 10, модулируется вследствие встречного перемещения отражающих штрихов и их изображения. Датчик содержит дополнительные штрихи на диске и элементы, считывающие эти штрихи, например для измерения косинуса одновременно с синусом, для получения сигнала, начала отсчета, для учета знака синуса и реверса счетчика при повороте диска на 90 и 270°. Предлагаемый датчик имеет повышенную точность вследствие того, что штрихи нанесены параллельно, т.е. большую точность, чем радиальные, и при этом обеспечено их групповое маскирование. К точности изготовления проекцио.ной оптической системы датчика предь ЯВЛЯЮТСЯ минимальные требования, так как ее поле зрения, т.е. размеры освещенной области на поверхности диска, много меньше фокусного расстояния объектива. Формула изобретения Фотоэлектрический датчик синуса угла поворота, содержащий источник света, проекционную оптическую систему, диск с нанесенными на него по периферии штрихами и фотоэлектрическую отсчетнуй систему, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен- объективом, установленным в оптической системе и проектирующим изображение штрихов, которые нанесены паралланьио один другому и с постоянным шагом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Фотоэлектрические преобразователи информации. Под рад. Л,Я, Преснухина, М., Машиностроение, 1974, ст.60-61, рис.32. 2. Фотоэлектрические преобразователи информации. Под ред. Л.Я. Преснухииа, М., Машиностроение, 1974, ст.341, рис.174.