Фотоэлектрический преобразователь перемещений

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„,ЯЦ„„ 163?668 g G 01 В 21/00

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ф ю

Ю

CA

Ч

СР

СЬ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2-1) 3397484/18-28 (22) 08.02.82 (46) 23.08.83. Бюл. и 31 (72) В.В. Ефимов и В.Б; Титов (53) 531.717(088.8) (56) 1. Свечников С.В., Смовж А.К., Каганович Э.Б. Фотопотенциометры и Функциональные фоторезисторы. N., "Советское радио", 1978, с. 158-159.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке N 3245934>

-кл. G 01 0 5/32, 1981 (прототип). (4)(57) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЕРЕИЕЦЕНИЙ, содержащий источник света, последовательно установленные по ходу светового луча теневую маску с прозрачным окном, жестко связываемую с объектом контроля, и позиционно"чувствительный фотопри1 емник, состоящий из резистивного, фотопроводящего, коллекторного и диэлектрического слоев, источник питания Фотоприемника, Фазометр и амперметр, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью повыщения чувствцтель" ности и упрощения конструкции, Фотоприемник выполнен,в виде линейного фотопотенциометра диэлектрический слой расположен между фотопроводящим и коллекторным слоями, один выход источника питания подключен к од ному из концов резистивного слоя фотоприемника, другой - через ампер.метр и Фазометр соединен с коллекторным слоем фотоприемника, а прозрачное окно теневой маски выполнено с монотонно изменяющимся поперечным сечением.

K.

1 фотоэлектрический преобразователь перемещений содержит источник 1 света, последовательно установленные теневую маску 2, жестко связанную с объектом контроля, перпендикулярную оптической оси источника 1 и имеющую прозрачное окно, и позиционно-чувствительный фотоприемник, выполненный в виде Фотопотенциометра 3 с источником 4 питания. Фотопотенциометр 3 состоит из резистивного, Фотопроводящего и коллекторного слоев 5-7, между фотопроводящим и коллекторным слоями 6 и 7 расположен диэлектрический спой 8. емкость и сопротивление соответс1

50 венно диэлектрического и резистивного слоев по осям координат;

- круговая частота напряжения пита ния;

- постоянные коэфФициенты.

Где Г ю . з С2 1 2

К, К

1 11 371168 3

Изобретение относится к измеритель Недостатками известного устройст. ной технике и может быть использова- ва являются малая чувствительность, но в устройствах для контроля, инди- обусловленная ослаблением луча свекации и измерения линейных перемеще- та при прохождении резистивного и ди ний различных контролируемых объектов. 5 электрического слоев, неудовлетвориИзвестен фотоэлектрический преоб- тельные массогабаритные характерисразователь перемещений, содержащий тики, низкая надежность и трудность источник света, теневую маску, фото- промышленного исполнения, что выприемник с двумя источниками питания, звано сложностью выполнения прбфиливыполненный в виде нанесенных друг 10 рованных резистивного и диэлектрина друга диэлектрического, двух кол- ческого слоев планарного фотопотенлекторных, двух Фотопроводящих и циометра. двух резистивных слоев, два регистра- Целью изобретения является повышетора (1 ). ние чувствительности и упрощение конТакой преобразователь уже являет- струкции. ся двухкоординатным, но он отличает- Поставленная цель достигается тем, ся низкой чувствительностью, малой что в Фотоэлектрическом преобразованадежностью, высокими энергопотребля- теле перемещений, содержащем источемостью и массогабаритными характерис-,ник света, последовательно установтиками, неидентичностью выходных ха- ленные по ходу светового луча теневую рактеристик по каналам. маску с прозрачным окном, жестко свяНаиболее близким к изобретению по зываемую с объектом контроля, и потехнической сущности является фото- зиционно-чувствительный Фотоприемник, электрический преобразователь пере- состоящий из резистивного фотопроводямещений„ содержащий источник света, 15 щего, коллекторного и диэлектрическопоследовательно установленные по хо- го слоев, источник питания фотоприду светового луча теневую маску .с емника, Фазометр и амперметр, фотопрозрачным окном, жестко связываемую приемник выполнен в виде линейного с объектом контроля, и позиционно- фотопотенциометра, диэлектрический чувствительный фотоприемник, состоя- слой расположен между Фотопроводящим щий из резистивного, фотопроводящего, 30 и коллекторным слоями, один выход исколлекторного и диэлектрического,точника питания подключен к одному из слоев, источник питания Фотоприемни- концов резистивного слоя фотоприемни4 ка, Фазометр и амперметр ? ). ка, другой - через амперметр и фазофотоприемник выполнен в виде пла- метр соединен с коллекторным слоем нарного Фотопотенциометра, содержа- у фотоприемника, а прозрачное окно .тещего последовательно нанесенные друг невой маски выполнено с монотонно изна друга резистивный, диэлектричес- меняющимся поперечным сечением. кий, Фотопроводящий слои, емкость диФ электрического слоя и сопротивление На Фиг. 1 представлена структурная резистивного слоя связаны следующими 40 хема УстРойства;на Фиг. 2 - схема фосоотношениями топотенциометра; Фиг. 3 и 4 - эквивалентные схемы Фотопотенциометра в раС

1 бочем режиме.

1037068 4

C> - элементарные емкости диэлект рического слоя Ь, расположен. ные в освещенной области;

KR К - коэффициенты, характеризую5 щие изменение сопротивления резистивного слоя 5 с изменением координаты Х и измене" ние емкости диэлектрического слоя 8 с изменением ширины х10 освещенной области соответственно.

Если принять, что напряжение источника 4 изменяется по закону

Один выход источника 4 питания подсоединен к одному из концов резис тивного слоя 5, другой - через ампер метр 9 и фазометр 10 соединен с кол лекторным слоем 2

Преобразователь работает следующим образом.

Луч света от источника 1, проходя через прозрачное окно теневой маски 2, падает на чувствительную повер ность фотопотенциометра 3. При этом освещенная область по конфигурации будет повторять конфигурацию прозрач ного окна теневой маски ? (Фиг. 2 }.

При некотором расположении освещенной 15 области на чувствительной поверхности фотопотенциометра 3 по последнему протекает ток от источника 4., Это обусловлено тем, что сопротивление

Фотопроводящего слоя 6 в освещенной области близко к нулю. В этом случае фотопотенциометр 3 можно представить в виде эквивалентной схемы (фиг. 3).

Если принять, что сопротивление. резистивного слоя 5 изменяется линейно в зависимости от изменения координаты Х, то на эквивалентной схеме его можно изобразить в виде набора последовательно соединенных равных элементарных сопротивлений 1., фотопроводящий слой 6 представляет собой набор ключей, разомкнутых в неосвещенной области и замкнутых в освещенной. Диэлектрический слой 8 эквивалентен набору элементарных емкостей г, а коллекторный слой 7 можно заменить низкоомным проводником. Тогда, если длина освещенного участка фотопроводящего слоя 6 равна Е, а центр освещунной области отстоит от начала на расстоянии хо, на эквивалентной схе40 ме (фиг. 3) будут замкнуты вертикальные и горизонтальные ключи в области засветки шириной Р . При такой коммутацйи схему (Фиг. 3) можно представить в упрощенном виде (Фиг.- 4). 45

Здесь, Ц = Ч„si n u) 4, (3 }

Ч- фазовый. сдвиг

Ч= archy КюС .

=К х=К„(х.- ;); (1) g =.1

c=E с.=к е, (2}

С где Мв - амплитуда, а со - круговая частота, то по цепи (Фиг. 4) потечет ток чо

1 - — siD{Wt+ E) (41 В где Z — полное сопротивление цепи

Подставляя (1 1 и (2 ), можно записать выражения для амплитуды тока

3 и Фазы 9

V о

1 СЕ о

3.=

P=qrc4g Рио К„Е= К,К„хЕ

При изменении положения объекта контроля, вместе с ним и теневой мас ки 2, по осям х, v изменяются величины фо и I?. так как

E хо»Х+ 2 О=К У, (8} где КЕ - коюфициент

Это влечет за собой изменение Р и С, а следовательно и » и У. Подставив (8 } в (7 ) и проведя простейшие преобразования, выражения (7 ) можно переписать в виде

К v

Jo=

I где и. - элементарные сопротивления резистивного слоя 5, расположенные до освещенной области;

К 1 = . =; K Р ре 1q = " КгК2»

К2 =шК Р К ° Ke.

3 1

Величины 3 и Ч измеряются соответственно амперметром 9 и фазометром 10.

Таким образом, устройство позволяет измерять две величины, зависящие от координат местоположения теневой маски 2 Х и, из выражений о о ) (.1О) = (. 1

Выполнение фотопотенциометра линейным позволяет значительно упростить процесс изготовления преобразователя, ибо нет необходимости профилировать слои. Применение устройства позволит тем самым получить положительный экономический эффект, так как, для его производства необходимы мень-. шее количества сырья (так как меньшие массогабаритные характеристики ) и более простая технология изготовления.

Таким образом, выполнение в фотоэлектрическом преобразователе перемещений фотоприемника в виде линейного фотопотенциометра с диэлектрическим слоем, расположенным между Фотопро037068 Ь водящим и коллекторным, выполнение непараллельными боковых граней прозрачного окна теневой маски и соединение одной клеммы источника питания с аднйм из концов резистивного слоя, а ,другой - через амперметр и фазометр с коллекторным слоем позволит повысить чувствительность нв 10-153, вероятность безотказной работы всего преобразователя на 40-б04, на два порядка улучшить массогабаритные характеристики фотоэлектрического блока преобразователя, не ухудшая характеристик других блоков.,!5

Применение данного фотоэлектричес-, кого преобразователя в различных областях народного хозяйства (например, в металлообрабатывающих станках с автоматическим управлением ) позволит повысить производительность труда, а низкая по сравнению с известным себестоимость устройства обеспечит значительный экономический выигрыш р5 при производстве подобных преобразователей.

1037068

Составитель Е. Глазкова

Редактор Н. Назаренко Техред В.Яалекорей

Корректор И. Деичик

П одп ис.ное

Заказ 5989/41 Тираж 602

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Иосква Ж-Я Раушская наб. д. 4/g

Филиал ППП -"Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,