Оптический растровый датчик Советский патент 1982 года по МПК G01P3/36 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в качестве датчика скорости вращения.

Известно устройство, предназначенное для работы в составе систем измерения или регулирования скорости вращения, содержащее измерительный радиальный растр, жестко-устанавливаемый на валу, угол поворота которого измеряется, индикаторный растр, осветитель и фотоприемную систему, расположенные так, что при вращении измерительного растра происходит модуляция светового потока, а сигнал с фотоприемника усиливается и формируется усилителем-формирователем i .

Недостатком этого устройства является погрешность измерения,обусловленная эксцентриситете измерительного растра.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является оптический растровый датчик, содержащий диск с измерительным растрсм, два осветителя, два индикаторных растра, два приемника излучения, установленных в проходящем свете за индикаторныкш

растрами. Индикаторные растры устанавливают в дигилетрально противоположных точках измерительного растра, а выходы приемников излучения подключают к дифференциальным входам усилителя-формирователя. Ввиду введения второго индикаторного растра (совместно с осветителем-и приемником излучения) удается скомпенсиро10вать составляющую погрешности измерения угла поворота вала, которая определяется эксцентриситетом измерительного растра 2.

Недостатком этого устройства

15 является то, что в малогабаритных приборных датчиках с расположением индикаторных растров на диаметрально противоположных позициях как правило не удается обеспечить осве20щение обоих приемников излучения от общего источника света. При разных же источниках трудно обеспечить одинаковость сигналов и ихнезависимость От внешних дестабилизирую25tanx факторов, что влечет за собой дополнительные погрешности измерения,

Цель изобретения - повышение точности измерения датчика.

Эта цель достигается тем, что

30 диск снабжен концентрическим растром, сопряженньм с вторым индикатор нюл растром, при этом индикаторные растры расположены по отношению к иэмерительнсялу растру на ортогональ ных радиусах, На фиг л приведена схема датчика на фиг,2 - пример конструктивного исполнения двудорожечного растровог диска; на фиг.З - кинематическая схема; на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы датчи ка. Датчик содержит и мерительный растровый диск 1, источник 2 света, первый индикаторный растр 3-, второй расти 4, первый 5 и второй б приемк ки излучения, зеркально-линзовый распределитель 7 света и усилительформирователь 8.. Пример расположени растровых дорожек иокаэан на фиг.2. Измерительный растровый диск 1 установлен на валу, угол поворота которого измеряется, С дорожкой 9 радиального растра сопряжен индикаторный растр 3. С концентрическим растром 10 сопряжен индикаторный растр 4. Свет от источника 2 через зеркально-линзовый распределитель 7 попадает сквозь растровые сопряжения на приемники 5 и б излучеНия. Приемники 5 и б излучения подключены ко входам, усилителя-формироват ля 8. При вращении измерительного раст рового диска происходит модуляция светового потока, проходящего сквоз радиальное растровое сопряжение на приемник 5 излучения. В моменты пер хода фотосигнала через пороговый уровень в усилителе-формирователе 8 вырабатывается импульс (или перепад) отсчета угла поворота. Если б измерительный растр вращался вокруг своего геометрического центра, биение измерительного растра отсутство БОЛО бы и световой поток сквозь концентрическое растровое сопряжени не зависел бы от угла-поворота раст ра. В действительности же избежать эксцентриситета не удается, а поэто му световой поток сквозь это сопря- жение изменяется с периодом, равным периоду полного,оборота измерительного диска. Этот световой поток попадает на приемник б излучения, выходной сигнал которого поступает на другой вход усилителя-формирователя Этот сигнал смещает сигнал с приемника 5 излучения относительно порогового уровня усилителя-формирователя, таким образом, что момент Пересечения порогового уровня суммарным сигналом в одном из направлений (снизу-вверх или сверху-вниз оказывается независимым от эксцентриситета измерительного растра. Механизм компенсации погрешности датчика от эксцентриситета поясняется чертежом (фиг.З) и графиками (фиг.4). Средние окружности (фиг.З) обеих растровых дорожек совкйщены. Условимся, что приемник 5 излучения радиального растрового сопряжения расположен в позиции 11, а приемник . б концентрич,еского растрового сопряжения в позиции 12« Предполагаем также, что средняя окружность индикаторньох растров 13 является образцовой, т.е. относительно ее центра определяется положение центра средней окружности 14 растровых дорожек диска; Смещение центров (фиг.З) в некоторый момент времени показано в виде вектора 15, длина которого представляет собой эксцентриситет измерительного растра (Ьтносительно индикаторного). Проекция этого вектора на радиус, на котором установлен радиальный индикаторный растр, обозначена вектором 16, а на перпендикулярный ему радиус, на котором установлен концентрический индикаторный растр, обозначена вектором 17. При пр}1нятом расположении индикаторных растров влиянием составляющей вектора на величину модуляции можно пренебречь по его малости. Модуляционная картина, таким образом, определяется главным Образом составляющей. Кривые в функции смещения показывают зависимости величин потоков сквозь оба растровых сопряжения при условии равенства шагов их растровых элементов (радиального вдоль средней, или делительной окружности, а концентрического- - вдоль радиуса растрового диска). Сплошной линией поквзана идеализированная зависимость, штриховой - реальная , учитывающая фоновую составляющую, непараллельность потока осветителя, производственные дефекты, внутренние отражения в стеклах диска и маски и т.п. Из этих кривых видно, что при оговоренных условиях зависимости идентичны и одну из них можно -использовать для компенсации влияния другой. Выполняется это так. При работе датчика сигнал с приемника 5 излучения имеет вид кривой, период которой определяется угловой скоростью вращения измерительного растра вокруг его геометрического центра, числсм делений в этом растре и величиной горизонтальной составляющей (фиг.З) переносной скорости геометрического центра этого растра относительно геометрического центра индикаторного растра; Последняя составляющая, как следует из рассмотрений характера КРИВЫХ идентична сигналу с Приемника С излучения концентрического растрового сопряжения. Оба сигнала поданы на входы усили теля-формирователя, где они складываются, в результата чего получается сигнал, который пересекает уровень порога формирования снизу-вверх (это уровень на фиг.4 показан нулевым) в равностоящие моменты времени. Этот процесс можно пояснить следу ющим образом. При тех же условиях, т.е. при постоянстве угловой скорости вала, фаза сигнала сГ гфиемника 5 радиально го растрового сопряжения определяетс величиной угла поворота в пределах шага растра и величиной составляющей в этот момент времени. Сигнал же с приемника 6 при этом определяется ТОЛЬКО величиной вектора 15. Если сигнал рассматривать как составляющую порогового напряжения, то, стало бытьд порог следит за составляющей вектора 15 фазы сигнала с приемника 5 и компенсирует ее влияние. Предлагаемая оптическая схема дае возможность строить малогабаритные приборные датчики с освещением обоих растровых сопряжений от общего источника света. Это, как известно, устраняет необходимость поднастройки каналов по мере старения источников света, снимает проблему стабили,вации интенсивности их излучения и. тем самым, обеспечивает высокую эксплуатационную надежность и точность датчика. Кроме того, наличие концентрического растра облегчает технологическую процедуру юстировки датчика в процессе сборки. Формула изобретения Оптический растровый датчик содержащий диск с измерительным радиальным растром, осветитель, два индикаторных растра, два фотоприемника, установленных за индикаторными растрами и подключенных к дифференциальным входам усилителя-формирователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, диск снабжен концентрическим растром, сопряженным с вторым индикаторным растром, при этом, индикаторные растры расположены по отношению к измерительному растру на ортогональных радиусах. Источники, информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Бирюков А.В. . Дискретные датчики систем управления электроприводами. - В кн.: Автоматизированный электропривод. Под ред.И.И.Петрова и др.. М., Энергия, 1980, с. 198-206. 2.Geiger D.F. Contrd Eng , 1974, 1, с. 56-58 (прототип).