Фотоэлектрический преобразователь перемещений Советский патент 1982 года по МПК G01B21/00 

(54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ . 1 ;.;,. Изобретение относится к измерительной технике к может быть использовано в устройствах для контроля, индикации и измерения перемёшений. Из&естен фотоэлектрический преобразовётель перемещений, содержащий источник света и последовательно расположенные на оптической оси Заслонку, жестко связанную.с перемещающимся объектом, маску с двумя равновеликими профилированными окнами, симметричными относительно оптической оси и развернутыми относительно друг друга на 180, и дифференвнальный фотоприемник, включенный в мос товую схему с гальванометром в измерительной диагонали 1 Недостатками данного устройства явЛ5аотся большая инерционность, температур ная погрешность, возможность преобразования перемещений только по одной оси и сложность конструкции. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является фотоэлектрический ПЕРЕМЕЩЕНИЙ преобразователь перемещений, содержащий источник света, последовательно установленные по ходу светового луча теневую маску с двумя равновеликими окнами, жест ко связываемую с объектом, плоскость которой перпендикулярна оптической оси источника света, и позишюнно-чувствительный фотоприемник, источник питания, и рзегистратор 2 . Недостатком этого устройства являе-р ся невозможность преобразования переме щений по двум координатам. Цель изобретения - расширение функШ1ональнь1х возможностей за счет обеспечения преобразования перемещения по двум координатам. Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрическом преобразователе перемещений, содержащем источник света, последовательно установленные по ходу светового луча теневую маску с двумя равновеликими окнами, жестко связываемую с объектом, плоскость которой перпендикулярна оптической оси источника света, и позинйснно-чувствитепьный фотоприемник,, источник питания и регистратор nosHJfflOHHo-HyBc-jBHTefnbHHfi фотоприемник выполнен в виде фотопотенциометра, резистивный спой которого имеет выводы на концах и один в середине для соеди- нения соответственно с отрицательным л положительнъ1м полюсом источника пита« кия, два вьгеода, расположенных симметрич но среднему выводу, подключенные к входу определения перемещения по оси ре гистраторр,, фотопроводящий .и коллекторнькй слой фотопотенниометра разделенЬ на две равные части вдоль их поперечной оси диэлектрическим слоем, каждая часть коллекторного слоя имеет вывод, подклю ченный к входам определения перемещений по оси X регистратора, окна теневой Madхи выполнены таким образом, что одноиме ныа точки их расположены симметрично сятической оси источника света, а величина их сечений, параллельных оси чувствительности ., гопотенциометра, монотонно изменяется. На фш. 1 представлена блок-схема предлагаемого преобразователя ; на фиг, 2« функциональная схема фотопотенциометра; на фиг. 3 - графики зависимости, поясшпо 1цие работу преобразователя. Преобразователь содержит источник 1 света и установленные по ходу светового .rrv4a теневую маску 2 с двумя равновеликими окнами, фотопотенциометр 3, источник 4 питания которого подсоединяется X кондам и середине резистивного слоя 5. Резистивный слой 5 имеет дополнителЬ кые симметрично расположенные относительно его середины вьюоды 6 и 7, подключенные к входам регистрации перемещений по оси Y регистратора (не показан) Фотопроводящий и коллекторный слои 8 и 9 фотопотенциометра 3 разделены вдоль их поперечной оск диэлектрическим слоем Ю, а каждая из частей коллекторного слоя 9 имеет вьюоды 11 и 12, которые подключены к входам измерения перемещений по оси X регистратора (не показан) Преобразователь работает следующим образом. При исходном положении :Перемещающеггх;я объекта и жестко связанной с ним теневой маской 2 свет от источника 1, . пройдя через окна теневой маски 2, освё ТИТ фотопотешшометр 3 (фиг. 2). в виде засвеченных областей 13 и 14, причем на обеих полсрвинах фотопотендиометра 3 освещаются равные и симметричные относительно середины участки фотопроводящего СЛОЙ 8. При этом распределение потшщиала на резистивном слое 5 такое, как изображено на графике (фиг. 3) сплошной линией. Вьтоды 11 и 12 подсоединены через низкоомный коллекторный слой 9 и в областях освещения - фото- проводящий слой 8 к точкам резлстивн.о- го слоя 5, которые имеют равные потенциалы в силу равенства засвеченных областей 13 и 14 и их симметричности относительно середины. Потенциал вьюода 12 равен потенциал резистивного слоя 5 в точке Х , которая является йачалом засве ченной области. 14 и определяется выражением: .) где и - напряжение питания фотопотёнциометра 3; Ц - длина фотопотенциометра 3; л длина засвеченной области 14 фотопроводяшего слоя 8. Потенциал вывода 11 равен, потенциалу вывода 12 в силу равенства где - длина засвеченной области 13 фотопроводящего слоя 8, и симметричности областей 14 и 13 относительно поперечной оси фотопотенциометра 3. Это отражено на графике (фиг. 3) горизонтальными участками, расположенными на одном уробне. Потенциал вывода 6 выражается . следующим 1 W .JJ у ь.Ч/2-е 4- где Xf,- координата вывода 6. При этом ему равен Ч - потенциал вывода 7 - в С1шу условия (2) и симметричности расположения выводов 6 и 7 относительно Середины фотопотендиометра 3. Таким образом, при исходном положении теневой маски 2 потенциалы на выходах 12 и 11 равны между собой и разность этих потенциалов 0 О, также как и потенциалы на вьгаодах 6 и 7 равны между собой и их разность 0 О. Если же теневая маска.2 переместится вместе с перемещающимся объектом вдоль оси X на расстояние дХ, то распределение потенциала на резистивном слое 5 изменится, как это изображено щтриховой линией на графике (фиг. 3). При этом потендиалы на выводах 12 и 11 изменяются на одинаковую величину причем, если г уменьшится, то потенциал f увеличится на такую же величи ну в силу сохранения условия (2) и раз ность между ними будет .1ДХ. (S) к -1 -U . - if L/i-e 4 На графике (фиг. З) это отразится перемещением его горизонтальных участ ков вдоль наклонный, при этом наклоны останутся прежними, а значит и потенци лы выводов 6 и 7 не изменятся, а их разность останется равной нулю, т. е. U-I 0. Это говорит о том, что перемещение маски 2 вдоль оси X влияет тольк на напряжение U, которое пропорционал но смещению вдоль оси X и имеет соответствующий ему знак. В случае перемещения маски S вдоль оси Г(фиг. 1) распределение потенциала также изменится, но теперь горизонталь ные участки графика (фиг. 3) останутся на прежних одинаковых уровнях, а вот длины их - изменятся-на одинаковую величину, но разнонаправленно. Так, если уменьшится на 2 ДХ всле ствие перемещения маски 2 по оси Y ВВЕЗ, то л увеличится на 2 ЛХ , что отражено на графике (фиг. 3) последова тельностью точек. При этом изменятся потенциалы и Ч.. . И разница между ними будет: / - 6--,;(yj.e)a-(i. длина засвеченной области 14 фотопроводящегр слоя 8 в исхо ном состоянии. При условии ((U71-e 4) выражение (6) определяет величину и на правление перемещения по оси Y , При этом, если перемещения по оси X нет, напряжение Uo останется нулевым. В случае перемещения теневой маски по обеим осям - X и Y - о величине и направлении этих перемещений несут информацию величины и знаки соответствен но напряжений 1/2 и и . Таким образом, вьшолнение в фотоэлектрическом преобразователе перемеще ний позиционно-чувствительного фотоприемника в виде,фотопотенциометра, источник питания которого подсоединяется к середине и концам его резистивного слоя, имеющего дополнительные симметричные относительно середины вьюбды, причем фотопроводящий и коллекторный слои фотопотенциометра разделены вдоль его по-. перечной оси диэлектрической прослойкой,, а каждая из частей коллекторного слоя имеет вьшод, позволяет преобразовать перемещения по двум координатам. Формула изобретения Фотоэлектрический преобразователь перемещений, содержащий источник света, последовательно установленные по ходу светового луча теневую маску с двумя равновеликими окнами, жестко связываемую с объектом, плоскость которой перьпендикулярна оптической оси источника света, и позиционно-чувствительный фотоприемник, источник питания и регистратор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможносгей путем обеспечения преобразования перемещений по двум координатам, позиционно-чувствительный -фотоприемник выполнен в виде фотопотенциометра, резис- тивный слой которого имеет выводы на концах и один в середине для соединения соответственно с отрицательным и положительным полюсом источника питания, два вывода, расположенных симметрично среднему выводу, подключенные к входу . определения перемещения по оси Y регистратора, фотопроводящий и коллекторный слой фотопотенциометра разделены на две рбшные части вдоль их поперечной оси диэлектрическим слоем, каждая часть коллекторного слоя имеет вывод, подключенный к входам определения перемещений по оси X регистратора, окна теневой маски вьшолнены таким образом, что одноименные точки их расположены симметрично оптической оси источника света, а величина их сечений, параллельных оси чувствительности фотопотенциометра, монотонно изменяется. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 397754, кл. QO1D 5/32, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 532760, кл. GO1D 5/32, 1975 (прототип).

Ф