Оптико-электронное позиционно-чувствительное устройство Советский патент 1981 года по МПК G01B21/00 

(54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНОЕ

УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения пространственной ориентации объектов. Известно позиционно-чувствительнре устройство, содержащее источник излучения, оптическую проекционную систему, позиционно-чувствительный фотоприемник с тянущим радиальным полем и схему обработки информации J Недостатком устройства является большая погрешность измерения, обусловленная нестабильностью позиционной характеристики, вследствие зависимости позиционной характеристики от уровня облученности светового пятна, температуры фотоприемника и деградации светочувствительного материала. Кроме того, информация на выходе устройства представлена в ангшоговой форме, что в ряде случаев требует применения аналого-цифровых преобразователей . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является оптико-электронное позиционно-чувствительное устройство, содержащее соединенные последовательно згщакяций генератор, источник излучения, установлен (1ые по ходу светового луча оптическую проекционную систему и фотоприемник, состоящий из полупроводниковой пластины, двух питающих и выходного злектродов, источник напряжения, усилитель-формирователь и измеритель временных интервалов, питающие электроды фотоприемника подключены к источнику напряжения, а выходной электрод к усилителю-формирователю. Второй вход измерителя временных интервалов соединен с выходом усилителя-формирова еля импульсов. Величина временной задержки сигнала t на выходе указанного фотоприемника по отношению к моменту воздействия оптического импульсного сигнала на фотоприемник зависит от расстояния между изображением источника на полупроводниковой пластине и выходным электродом, а также от напряженности электрического поля, создаваемого источником напряжения 1.2 . Недостатком известного устройства является низкая точность измерения координат светового пятна вслед ствие зависимости подвижности носителей тока от температуры полупроводниковой пластины, которая может изменяться нгшример, при изменении температуры окружгиядей срепы или под

действием протекающего но полупроводниковой пластине тока.

Цель изобретения - поншиение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что -устройство снабжено установленнЕЛМи последовательно дополнительным источником излучения и оптической проекционной системой, электронным коммутатором, включенным между усилителем-формирователем и изУлерителем временных интервалов, и , блоком управления, второй выход задающего генератора подключен к дополнительному источнику излучения, третий выход - к первому входу блока управления и к управляющему входу электронного коммутатора, четвертый выход - к второму входу блока управления, выход которого соединен с источником напряжения.

Кроме того, блок управления состоит из соединенных последовательно фазового детектора, формирователя уцравляющих импульсов и ключевого элемента, первый и второй входы фазового детектора подключены соответственно к задающему генератору и электронному коммутатору, вход формирователя управляющих импульсов соединен с другим выходом задающего генератора, а выход ключевого элемента подклчен к источнику напряжения.

На фиг.1 представлена блоктсхема устройства; на фиг. 2 - временные диараммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит задающий гене ратор 1, источники 2 и 3 излучения, оптические проекционные системы 4 и 5, фотоприемник 6, состоящий из полупроводниковой пластины 7, выходного электрода 8, двух питающих электродов .9, источник 10 напряжения, усилитель-формирователь 11, электронный коммутатор 12, измеритель 13 временных интервалов, блок 14 управления, состоящий из фазового детектора 15, формирователя 16 управляющих импульсов. Ключевого элемента 17.

Устройство работает следующим образом.

Источники 2 и 3 излучения, управ ляемые задающим генератором 1, порчередно излучают короткие по длительности оЛтические сигналы (фиг.2а,б). С помощью оптических проекционных систем 4 и 5 на фоточувствительной поверхности полупроводниковой пластины 7 фотоприемника б поочерюдно формируются изображения источников 2 и 3. Причем изображение источника 3, формируемое проекционной системой 5, фиксировано на поверхности фотоприемника 6. Изображение источника 2, формируемое проекционной системой 4, может перемещаться по поверхности .фотоприемника 6. Его координаты при соответствующем выборе оптического тракта проекционной системы несут полезную информацию о пространственном положении объектов. С помощью усилителя-формирователя 11 осуществляется формирование импульсных сигналов J (фиг.2д, ж) в моменты времени, соответствующие появлению неосновных носителей тока в области выходного электрода 8.

Вследствие инерционности процессов диффузии и.дрейфа носителей тока в полупроводниковой пластине 7 всегда имеет место некоторая задержка импульсных сигналов на выходе усилителя-формирователя 11 по отношению к моменту воздействия на фотоприемник 5 б импульсов оптических сигналов. Величина задержки зависит от расстояния между ближайщей границей светового пятна и выходным электродом 8. Таким образом, путем измерения времени задержки импульсных сигналов д t (фиг.2е) с помощью измерителя 13 временных интервалов определяются координаты изображения источника. Благодаря наличию электронного коммутатора 12, управляемого тактовыми импульсами задакядего генератора 1 (фиг.2в), измерителем 1з временных интервалов регистрируется только задержка преобразованных импульсных сигналов, полученных от источника 2 излучения и несущих информацию о положении объектов. При появлении на выходе фотоприемника б сигналов, полученных от источников 3 излучения, электронным коммутатором 12 обеспечивается прохождение импульсного сигнала с выхода усилителя-формирователя 11 на второй вход фазового детектора 15 (временная диаграмма работы электронного коммутатора показана на фиг.2г).

На первый вход фазового детектора 15 поступает импульсный сигнал с четвертого выхода задающего генератора 1 (;фиг.2з. Временная задержf ка импульсных сигналов, поступающих на первый вход фазового детектора 15 (фиг.2з), относительно импульсов, воздействующих на фотоприемник б от источника 3 излучения (фиг.26), соответствует номинальной задержке импульсного сигнала на вцчоде фотоприемника б. Лри увеличении или уменьшении задержки импульсных сигналов , поступающих на второй вход фазового детектора 15 fфиг.2ж), относительно опорных импульсных сигналов , поступающих на его первый вход с четвертого выхода задающего генератора 1 (фиг.2в), на выходе фазового детектора 15 появляется сигнал рассогласования соответствующего знака. Этот сигнал поступает на первый вход формирователя 16 управляющих импульсов.

Формирователем 16 управляюших 55 импульсов формируются импу.ньсьц Фиг. 2и) управляющие включением н ггочника Тб напряжения. Передний фронт управляющих импульсов (фиг.2и; синхронизи-. руется импульсами с третьего выхода задающего генератора 1 (фиг.2в), частота следования которых вдвое вы ше частоты следования импульсов излучения (фиг.2а, б). Причем импульсы поступающие с третьего выхода задающего генератора 1, опережают по фазе импульсы излучения на некоторое время, необходимое для завершения переходных процессов в устройстве, свя занных с включением источника 10 нап ряжения. Длительность управляющих им Iпульсов (фиг,2и) регулируется сигналом рассогласования, поступающим с выхода фазового детектора 15. Управляющие импульсы поступают на вход ключевого элемента 17, с помощью которого осуществляется непосредственное управление включением источника 10 напряжения. Напряжение (т.е. амплитуду импуль сов , на выходных клеммах источника 10 напряжения устанавливают, исходя из выбранного режима работы фотоприемника б, при котором обеспечивается оптимизация позиционной характеристики устройства. Длительность импульсов, управляющих включением ис точника 10 напряжения (фиг.2и-), всег да больше времени, необходимого для завершения процессов в диффузии и дрейфа носителей тока в полупроводниковой пластине 7. Однако длительность этих импульсов меняется в соот ветствии с сигналом рассогласования, поступаквдим с фазового детектора 15, в диапазоне от некоторого минимального значения (необходимого для згГвершения процессов диффузии и дрейфа) до некоторого максимального значения, равного периоду и; .следования Иначе говоря, при фиксированных частоте и фазе управляющих импульсов их скважность меняется от некоторого ма симального значения до единицы. При изменении длительности импуль сов , управляющих включением источника 10 напряжения, не изменяется электрический режим работы фотоприемника 6 (так как в активное время работы фотоприемника 6 напряжение йсегда подано к его питающим электродам 9), а иэ 1еняется лишь средняя мощность, рассеиваемая в полупроводниковой пластине 7 за счет прохождения электрического тока. Следовательно, изменяется степень ее нагрева. Таким образом осуществляется автоматическое регулирование температу1ры полупроводниковой пластины фотопр 4ёмн«ка, а следовательно, стабилизация позиционной характеристики всего устройства и повышение точности измерения. Формула изобретения 1. Оптико-электронное позицион- но-чувствительное устройство, содержащее соединенные последовательно задающий генератор, источник излучения, установленные по ходу светового луча оптическую проекционную систему и фотоприемник, состоящий из полупроводниковой пластины, двух питающих и выходного электродов, источник напряжения, усилитель-формирователь и. измеритель временных интервалов, питающие электроды фотоприемника подключены к источнику напряжения, а выходной электрод - к усилителй-формирователю, о т л и чающееся тем, что, с целью повьпиения точности, оно снабжено установленными последовательно дополнительным источником излучения и оптической проекционной системой, электронным коммутатором, включенным между усилителем-формирователем и иэмеркзгелем временных интервалов, и блоком управления, второй выход задающего генератора подключен к дополнительному источнику излучения, третий выход - к первому входу блока управления и к управляющему входу электронного коммутатора, четвертый выход к второму входу блока управления, выход которого соединен с источником напряжения. 2. Устройство по n.ijOT л и ч а ющ е е с я тем, что, блок управления состоит из соединенных последовательно фазового детектора, формирователя управляющих импульсов и ключевого элемента, первый и второй входы фазового детектора подключены соответственно к задающему генератору и электронному коммутатору, вход формироватея управляющих импульсов соединен с ; ругим выходом згщающего генератора, а выход ключевого элемента подключен источнику напряжения. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе, 1.Авторское свидетельство СССР 225331, кл. В 64 G 3/00, 1968. . 2.Автоматика и телемеханика. 1977, 3. с.156 (прототип). .

ut.2