Фотоэлектрическое устройство для измерения угловых перемещений объекта Советский патент 1983 года по МПК G01B11/26 

(3) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯУГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА

1

Изобретение относится к измерительной технике и может.быть использовано для измерения угловых перемещений различных объектов.

Известно фотоэлектрическое устройство для измерения угловых перемещений объектов, содержащее осветительную систему, подвижный и неподвижный растры, два диаметрально расположенных считывающих канала, каждый из которых состоит из двух фотоприемников 11 3Недостатком устройства является зависимость результатов измерений от 5 мощности светового потока, формируемого осветительной системой.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является фотоэлектрическое устройство для измерения yi-20 ловых перемещений объекта, содержащее осветительную систему, подвижный и неподвижный растры, два диаметрально расположенных считывающих канала.

каждый из которых состоит из двух фотоприемников , два дифференциальных усилителя, дополнительный фотоприемник и схему обработки сигналов.

При этом схема обработки сигналов выполнена в виде накопителя, в каждом из считывающих каналов выходы накопителей соединены с реверсивным счетчиком 2 }

Недостатком устройства является недостаточная точность измерения, вызванная тем, что точность измерений не превышает одной четвертой периода растра.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем,что фотоэлектрическое устройство для измерения угловых перемещений объекта содержащее осветительную систему, подвижный и неподвижный растры, два диаметрально расположенных считывающих канала, каждый из которых состоит из двух фотоприемников, два дифференци 399 альных усилителя, дополнительный фотоприемник и схему обработки сигнало снабжено двумя дополнительными дифференциальными усилителями, а схема обработки сигналов выполнена в виде двухканального четырехфазного интерполятора, информационные входы которого подключены к фотоприемникам и выходам дифференциальных усилителей, и последовательно соединенных логичес кого элемента И, блока выделения переменной составляющей, интегратора, формирователя и фазометра, информационный и опорный входы которого подключены соответственно к выходу формирователя и опорному выходу двухканального четырехфазного интерполятора первые входы дифференциальных усилите ,лей подключены к фотоприемникам, вторые входы дифференциальных усилителей подключены к дополнительному фотоприемнику, а входы логического элемента И подключены к выходам двухканального четырехфазного интерполятора. На фиг. 1 представлена функциональ ная схема фотоэлектрического устройства; на фиг. 2-5 временные диаграм мы работы отдельных узлов устройства Устройство содержит источник 1 све та, коллимирующий объектив 2, подвижный 3 и неподвижный k растры, фокусирующие линзы 5-8, фотоприемники 9-12 двухканальный четырехфазный интерполятор 13, дифференциальные усилители , четырехфазный интерполятор 13 состоит из-ключей 18-25,.первые входы которых являются входами интерполятора 13, сумматоров 26 и-27, распределителя 28, генератора 29, подключен ного к последнему, интеграторов 30 и 31 , и формирователей 32 и 33, вторые входы ключей 18и22, 19и23, 20и 2А, 21 и 25 соединены между собой и с входами распределителя 28, а их выходы соединены с входами сумматоров 26 и 27, выходы которых соединены с соответствующими интеграторами 30 и 31, подключенными к формировател 32и 33, выходы которых являются выходами интерполятора 13. Устройство содержит также соединенные последовательно логический элемент И 3, блок 35 выделения переменной составляющей, интегратор 36, формирователь 37 и фазометр 38, второй вход которого соединен с генератором 29 четырехфазного интерполятора 13, и дополнительный фотоприемник 39, выход которого подО4ключей к вторым входам дифференциальных усилителей Й-17. Устройство работает следующим образом. Коллймированный световой поток, формируемый источником 1 света и коллимирующим объективом 2, засвечивает растровые сопряжения подвижного 3 и неподвижного 4 растров. При повороте подвижного растра 3 относительно неподвижного растра k на фотоприемники 9-12 через фокусирующие линзы 5-В попадают модулированные по яркости световые потоки. Фотоприемники 9-12 расположены на диаметрально противоположных сторонах растра.Фотоприемники 10 и 12 смещены относительно фотоприемников 9 и 11 на расстояние, равное одной четвертой периода растра. Вид сигналов, снимаемых с фотоприемников 9 и 10, представлен на фиг. 2. Сигнал, пропорциональный общему световому потоку, снимается с дополнительного фотоприемника 39 и поступает на вторые входы дифференциальных усилителей , на первые входы которых поступают сигналы с фотоприемников 9-12. Разностные сигналы, снимаемые с выходов дифференциальных усилителей 1А-17 (фиг. 2), поступгот на входы двухканального четырехфазного интерполятора 13, на входы которого также поступают сигналы с фотоприемников 9-12. Сигналы, формируемые генератором 29, преобразуются распределителем 28 в четыре независимых последовательности импульсов со скважностью, равной 2, причем фазы каждой последовательности сдвинутыдруг относительно друга на 90 (фиг. 3) . Четырехфазные импульсные последовательности поступают на управляющие входы ключей 18-25, на информационные входы которых поступают сигналы с фотоприемников и выходов дифференциальных усилителей 1+-17. Сигналы с выходов ключей 18-21 поступают на входы сумматора 2б, а сигналы с выходов ключей 22-25 поступат на входы сумматора 27Выходные напряжения с сумматоров 6 и 27 интегрируются интеграторами 0 и 31, выходные напряжения с которых преобразуются в прямоугольные имульсы формирователями 32 и 335ЭНа фиг. представлены напряжения формируемые на выходах ключей 18-21, сумматора 26, интегратора 30 при двух положениях подвижного растра 3 yi- лах с6 и d.2 При перемещении подвижного растра 3 на величину, равную одной четвертой периода растра, фаза сигнала, сни маемого с выхода интегратора 30 изменяется на ЭО. Сигналы, снимаемые с формирователей 32 и 33, поступают на , входы логического элемента И выходной сигнал с которого поступает на вход блока 35 выделения переменной составляющей, выделяющего переменную составляющую входного сигнала. Сигнал, формируемый на выходе блока 35 выделения переменной составляющей, интегрируется интегратором 36, преобразуется в прямоугольный сигнал формирователем 37 и поступает на информационный вход фазометра 38, опорный вход которого подключен к генератору 29. На выходе формирователей 32 и 33 формируется сигнал, фаза которого свя зана с положением подвижного растра 3 При эксцентриситете подвижного рас тра 3 относительно неподвижного растра фазы сигналов, формируемые на выходе формирч-аателей 32 и 33, сдвигаются с разными знаками относительно фазы сигнала, формируемого при отсутствии эксцентриситета подвижного растра. Сдвиг фаз осуществляется относительно среднего значения, которое соответствует середине импульса, формируемого логическим элементом И 3 (фиг. 5). После выделения переменной составляющей и интегрирования середина импульса выделяется интегратором 36 и ее временное положение не зависит от величины эксцентриситета подвижного растра 3 относительно неподвижного растра А. Фазометр 38 осуществляет подсчет целого числа фазовых переходов сигнала, снимаемого с формирователя 37, а также фазовый сдвиг от О до 2Ji, т.е. О6 осуществляет фазовую интерполяцию периода поворота подвижного растра 3. Таким образом, изобретение позволяет осуществить интерполирование и одновременно устранить влияние эксцентриситета оси вращения, что повышает точность измерения. Формула изобретения Фотоэлектрическое устройство для измерения угловых перемещений объекта, содержащее осветительную систему, подвижный и неподвижный растрыi два диаметрально расположённых считывающих канала, каждый из которых состоит из двух фотоприемников, два дифференциальных усилителя, дополнительный фотоприемник и схему обработки сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено двумя дополнительными дифференциальными усилителями, а схема обработки сигналов выполнена в виде двухканального четырехфазного интерполятора, информационные входы которого подключены к фотоприемникаи и выходам дифференциальных усилителей, и последовательно соединенных логического элемента И, блока выделения переменной составляющей, интегратора, формирователя и фазометра, информационный и опорный входы которого подключены соответственно к выходу формирователя и опорному выходу двухканального четырехфазного интерполятора, первые входы дифференциальных усилителей подключены к дополнительному фотоприемнику, а входы логического элемента И подключены к выходам двухканального четырехфазного интерполятора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 466381, кл. G 01 В 21/00, 1972. 2.Датчик фотоэлектрический круговой мод. ВЕ-51, Руководство по эксплуатации BE 5100.01.РЭ., 1975 (прототип) .

1«

1

„.p-dJ

txj

о

-t

-fej

1

4J

vj S

CS

C 5s

C5

CS

t I

ft

:з Q

5 сэ

s

CN4

«

v