Фотоэлектрический растровый датчик угловых пермещений Советский патент 1980 года по МПК G01B11/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике, конкретно к датчикам угловых перемещений, и может быть использовано в системах автоматического регулирования и управления.

Известен фотоэлектрический растровый датчик угловых перемещений, содержащий кольцевые осветитель н фотоприемник и расположенные между ними подвижный и неподвижный растры 1.

Недостаток этого устройства заключается в его ограниченных функциональных возможностях и низкой надежности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотоэлектрический датчик угловых перемещений, содержащий последовательно расположенные и оптически связанные осветитель, подвижный растр, неподвижный растр со щтриховой структурой, выполненной в виде четырех кольцевых секторов, штрихи в которых последовательно сдвинуты относительно друг друга на /4 шага растра, и фотопрнемное устройствоЙ.

Недостатками этого устройства являются болылне 1абариты и недостаточная точность.

Цель изобретения - снижение габаритов датчика и повыщенне точности намерений.

Указанная цель достигается тем, что в датчике фотоприемное устройство выполнено в виде плоского держателя с гнездами, J расположенными по его периметру и фотоприемников, выполненных в виде кристаллов многоэлементных матричных структур, установленных в гнездах плоского держателя, закрепленного на другой стороне неподвижного растра, на котором штриховая структура выполнена в виде многозонных окон считывания, расположенных по его периметру таким образом, что каждой зоне окна считывания соответствует элемент каждого матричного фотоприемника.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема датчика; на фиг. 2 - держатель с фотоприемниками.

Датчик содержит осветители 1, 2, подвижный растр 3, неподвижный растр 4, плоский держатель 5 из изоляционного материа20 ла, фотоприемннкн 6, вал 7 в подщнпниковом узле, корпус 8.

Подвижный растр 3 жестко крепится к валу 7. Соосно подвижному растру 3 располагается неподвижный растр 4, который

крепится в корпусе 8 датчика. На подвижном растре 3 имеется кольцевая дорожка с радиальными прозрачными и непрозрачными штрихами.

Неподвижный растр 4 содержит 4ц,рав номерно расположенных по окружности окна считывания, каждое из которых представляет четырехзонную штриховую структуру. Штриховые зоны в окнах считывания сдвинуты пространственно относительно друг друга на 1/4 шага растра таким образом, чтобы при совмещении растров 3, 4 фуикции пропускания растрового сопряжения были бы сдвинуты в пространстве относительнодруг друга на угол 12.

В качестве фоточувствительиых элементов в датчике использованы 4-х элементные матричные фотоприемники 6, выполненные на одном базовом кристалле фотодиода.

Кристаллы фотодиодов укладываются в гнезда держателя 5, выполненного из изоляционного материала в форме кольца (фиг. 2) Количество гнезд в держателе 5 равно числу окон считывания на неподвижном растре 4, а координаты их расположения совпадают с координатами окон считывания. Фотоприемники 6 соединяются между собой по определённым правилам с помощью печатного монтажа на обратной стороне держателя.

Держатель 5 со смонтированными фотодиодами закрепляется на противоположной штриховому рисунку стороне неподвижного растра 4 таким образом, чтобы 1птриховые зоны каждого окна считывания совпадали с соответствующими элементами каждого матричного фотоприемника 6.

Каждый независимый канал датчика содержит четыре диаметрально расположенных фотоприемника. Число каналов выбирается из условия обеспечения необходимого поканального резервирования. Со стороны подвижного растра 2 против каждого окна считывания располагаются осветители 1, 2, состоящие, например из светодиода, закрепленного в шаровой опоре, и линзы. (Возможно также применение одного общего осветителя) .

Работает датчик следующим образом.

Непрерывное изменение углового положения вала, связанного с контролируемым объектом, преобразуется подвижным и неподвижным растрами в периодическое изменение светового потока между осветителями 1, 2 и фотоприемниками (фотоприемные устройства), при этом фотоприемники 6, реагируя на эти изменения, выдают во внещнюю цепь периодические электрические сигналы.

С каждого канала датчика снимаются четыре электрических сигнала, сдвинутых по фазе относительно друг друга на 90°. Это дает возможность строить схемы преобразователей как с амплитудной, так и с фазовой интерполяцией.

Описываемый фотоэлектрический растровый датчик за счет предлагаемого конструктивного выполнения узла съема информации и совмещения его с неподвижным растром обладает значительно меньшими габаритами по сравнению с известными. Кроме того, предлагаемый датчик обладает более 9ЫСОКОЙ точностью, так как в нем съем 4-х фазных сигналов производится одновременно с четырех диаметрально противоположных точек, чем устраняется влияние эксцентриситета на погрешность преобразования.

Предлагаемое устройство обладает также более высокой надежностью, так как в нем обеспечивается как поэлементное, так и поканальное резервирование.

Формула изобретения

Фотоэлектрический растровый датчик угловых перемещений, содержащий последовательно- расположенные и оптически связанные осветитель, подвижный растр, неподвижный растр, на одной из сторон которого, обращенной к подвижному растру, нанесена штриховая структура и фотоприемное устройство, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов датчика и повышения точности измерений, фотоприемное

устройство выполнено в виде п.тоского держателя с гнездами, расположенными по его периметру, фотоприемников, выполненных в виде кристаллов многоэлементных матричных структур, установленных в гнездах плоского держателя, закрепленного на другой стороне неподвижного растра, на котором штриховая структура выполнена в виде многозонных окон считывания, расположенных по его Периметру таким образом, что каждой зоне окна считывания соответствует элемент каждого матричного фотоприемника.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР N 323651, кл. G 01 В П/26, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 396545, кл. G 01 В 11/26, 1971 (прототип).