Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код

 

1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий источник света, оптически соединенный через последовательно расположенные оптическую систему и растровый элемент, жестко укрепленный на валу, с блоком фотоприемников, выходы которого соединены с входами блока считывания, отличающийся тем, ч-й), с целью,повышения точности и технологичности преобразователя, в него введены коммутатор, аналого-цифровой преобрензователь , формирователь кода и р&гистр , выходы которого соединены с управляющими входами формирователя кода и коммутатора, выход коммутато (Л ра через аналого-ци4 зовой преобр 13ов& тель соединен с информационным входом формирователя кода, а выходы блока считывания соединены с входами регистра и информационными входами ком мутатора. со СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН 11 (l9) ъГ И1) y(59 G 08 С 9/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3426181/18-24 (22) 19,04. 82 (46) 23.08,83. Бюл. М 31 (72) Л. К. Вистинь, И. М. Ефименко, М. И. Седов и А. А, Смольянинов (71) Москвоский институт радиотехники, электроники и автоматики (53) 681. 325 (088. 8) (56) 1. Фотоэлектрические преобразователи информации. Под ред.

Л. Н. Преснухнна. М., "Машиностроение,, 1974 с ° 60.

2. Гитис Э. И., Пискулов Е. А., Аналого-цифровые преобразователи.

М., Энергоиэдат, 1981, с. 176.

3. Фотоэлектрические преобразователи информации. Под ред. Л. Н. Преснухина. М., Машиностроение, 1974, с. 150 (прототип).

Авторское свидетельство СССР

М 284603, кл. G 02 В 3/00, 1970. (54) (57 ) 1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

ПРЕОБРАЭОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА .

ВАЛА В КОД, содержащий источник света, оптически соединенный через последовательно расположенные оптичео. кую систему и растровый элемент, жестко укрепленный на валу, с блоком фотоприемников, выходы которого соединены с входами блока считывания, отличающийс я тем,что, с целью. повышения точности и технрлогичности преобразователя, в него введены коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, формирователь кода и регистр, выходы которого соединены с управляющими входами формирователя кода и коммутатора, выход коммутатора через аналого-цифровой преобразователь соединен с информационным входом формирователя кода, а выходы блока считывания соединены с входами регистра и информационными входами ком мутатора.

2. Преобразователь по п. 1, о т - стекол с закрепленными на них про:- личаюши йс я;-ем, чторастро- рачными электродами, зазор между ковый элемент содержит источник напряже торыми заполнен жидким кристаллом, ния и кювету с жидким кристаллом, выводы прозрачных электродов подклюсостояшую из двух плоскопараллельных, чены к выходам источника напряжения.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в станкостроении, в системах контроля и наведения, в геодезическом, астрономическом и фо- 5 тограмметрическом приборостроении, где необходимо отслеживание или измерение углового перемешения.

Известны фотоэлектрические преобразователи угла поворота вала в код, со- 10 держашие последовательно расположенные источник света, оптическую систему, кодовый диск, жестко укрепленный на валу блок фотоприемников, выходы которого через блок считывания соедине- 15 ны с входами соответствуюших ра ,рядов регистра (1

Известны также фотоэлектрические преобразователи, в которых кодовый диск не имеет кодовой маски, а покрыт 20 последовательностью радиальных прозрачных и непрозрачных полос (квантов), число которых определяет разрешаюшую способность преобразователя. Преобразователь также содержит источник све- 25 та, блок фотоприемников, блок считывапия и счетчик. При повороте вала производится подсчет светлых полос, начиная с некоторого начального положения, при этом код в счетчике будет 30 соответствовать угловому перемещению вала (2)

Недостатком данных преобразователей является их сравнительно невысокая точность, ограниченная точностью изготовления кодовых дисков, что объясняется сложностью технологического процесса их производства.

Наиболее близким к изобретению по технической сушности является фото- 40 электрический преобразователь угла поворота вала в код, содержаший иоточник света, оптически соединенный через оптическую систему и растровый

:1лемент с блоком фотоприемников, выхо ц5 ды которого соединены с входами блока считывания, при этом растровый элемент содержит две оптические раст ровые решетки, одна из которых жестко укреплена на валу, а другая неподвижна, При наложении двух растровых решеток возникают отчетливые комбинационные (муаровые) полосы, положение и форма которых зависит от параметров решеток и от их взаимного расположения. При этом небольшое перемещение подвижного растра преобразуется в существенно большее перемешение муаровых полос, что приводит к модуляции светового потока и соответствуюшего ему фототока, который после усиления в блоке считывания преобразуется в цифровой код j3) Точность муаровых датчиков выше, чем у датчиков с кодовыми дисками, однако она также ограничена точностью изготовления растровых решеток, число полос в которых должно достигать 1000 и более на 1 мм. Технология изготовления растровых решеток по сложности сравнима с технологией изготовления дисков, Целью изобретения является повышение точности и технологичности преобразова теля.

Поставленная цель достигается тем, . что в фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий источник света, оптически соединенный через последовательно расположенные оптическую систему и растровый элемент, жестко укрепленный на валу, с блоком фотоприемников, выходы которого соединены с входами блока считывания, введены коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, формирователь кода и регистр, выходы которого соединены с управляю шими входами формирователя кода и коммутатора, выход коммутатора через аналого-цифровой преобразователь з 10373 соединен с информационным входом формирователя кода, а выходы блока считывания соединены с входами регистра и информационными входами комму татора.

Растровый элемент содержит источник напряжения и кювету с жидким кристаллом, состоящую иэ двух плоск<>параллельных стекол с закрепленными на них прозрачным электродами, зазор меж-!О ду которыми заполнен жидким кристаллом, выводы прозрачных электродов подключены к выходам источника напряжения.

На фиг. 1 показана структурная 15 схема фотоэлектрического преобразоважля; на фиг. 2 - пример реализации pacr рового элемента, Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код содержит ис- 20 точник 1 света, например лазер, оп« тическую систему 2, растровый элемент 3, вал 4, блок 5 фотоприемников, выполненный, например, в виде интет ральной линейки или в.виде сканистора,„ 25 блок 6 считывания, построе щый, например, на базе мостовых усилителей, число которых соответствует разрядности регистра 7, коммутатор 8, анальго-цифровой преобразователь 9 и фор-. 3О .мирователь 10 кода.

3, Растровый элемент содер>кит источник 11 напряжения и кювету с жидким кристаллом, выполненную иэ плоскопараллельных стекол 12 и 13, прозрачных электродов 14 и 15, прокладок 16 и 17 и жидкого кристалла. Зазор между плоскопараллельными стеклами задает точность измерения угла и может сос тавлять от единиц до десятков микрон.

Величине зазора определяется толщиной прокладки. Жидкий кристалл должен обеспечивать формирование двулучепреломляющего псевдолинзового растра с регулировкой его преломляющих свойств, 45

Для этой цели может быть использована, например, смесь P-аэоксцаниэола и Р-азоксифенетола (4) . При изменении величины напряжения, приложенного между прозрачными электродами, жидкий 5О кристалл под действием электрического поля может изменять расположение спонтанно ориентированных областей молекул жидкого кристалла так, что образуются параллельные полосы с чередуЮщимся 55 показателем преломления. При этом. структура ориентации молекул при определенном постоянном напряжении органи10 4 зует две эффективные решетки, ориентированные друг относительно друга под некоторь!м углом. Полязированный луч света, падающий на кюветку с жидким . кристаллом, дифрагирует, образуя дифракционные четные и нечетные порядки.

Угловое перемещение кюветы с жидким кристаллом относительно падающего луча вызывает интерференционный эффект гашения в нечетных порядках дифракционной картины. Причем погасанию соответствующего порядка однозначно соответствует лишь единственное значение углового положения кюветы с жидким кристаллом.

Преобразователь работает следующим образом.

Поляризованный луч света от источника 1 света оптической системой 2 проектируется на кювету с жидким криоталлом, жестко укрепленную на валу 4 электрически соединенную с источником 11 напряжения, который служит для формирования дифракционных решеток. В результате прохождения света через решетку, образованную в жип- ком кристалле, в плоскости блока 5 фотоприемников формируютс я дифракционные максимумы четных и нечетных поряцков, Расстояния между максимумами зависят только от толщины слоя жидкого кристалла. При угловом повороте вала 4 изменяется угол между плоскостью кюветы с жидким кристаллом и падающим лучом. В дифракционной картине такое угловое перемещение кюветы с жидким кристаллом вызывает интерференцию, обусловленную структурой эффективной, рассогласованно и по углу, двойной решетки, полученной в жидком кристалле. Практически при плавном изменении угла наблюдается поочередное погасание нечетных порядков, а их пространственное положение остается неизменным. Регистрация момента погасания максимума, т.е. "0" - уровня в соответствующем нечетном порядке осуществляется через соответствующие фотоприемник блока 5 фотоприемников и усилитель блока 6 считывания регистром 7. В результате соответствующему порядку дифракционного максимума ставится в соответствие значение 0" в позиционном коде, а следовательно, и угловое положение вала 4. Момент погасания соседних нечетных порядков позволяет регистрировать дискретные угловые величины порядка 1 с помощью

1037310

Составитель b. Барбараш

Техред А. Ач Корректор В. Гирняк

Редактор Л. Гратилло

Заказ 6016/83 Тираж 618

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35 Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 позиционного кода, снятого с выхода регистра 7. Изменение интенсивности нечетных дифракционных максимумов при промежуточных положениях вала 4, когда предыдущий нечетный порядок 5 увеличивает яркость, а последующий еще не погашен, позволяет оценить значение угла в указанном интервале в 1 . Вьщеление порядка, интенсиво ность которого подлежит анализу, осу шествляется коммутатором 8. Результат измерения амплитуды сигнала, снимаемого с соответствующего выхода блока 6 считывания, преобразуется в код аналого-цифровым преобразовате . 15 лем 9, Информация о величине угла снимается с формирователя 10 кода, причем дискретные значения (грубый отсчет) углового положения вала 4 поступают в него с регистра 7, а зна- 20 чение точного угла отсчета - с аналогоцифрового преобразователя 9;

Применение предлагаемого растрово. го элемента 3 вместо кодового диска или двух растровых решеток позволит повысить технологичность изготовления преобразователя, поскольку технология изготовления кюветы с жидким кристаллом проста и не требует специального оборудования, а качество получаемой дифракционной картины выше. Применение системы грубого и точного отсчета при этом позволяет увеличить точность измерения угла. Как показали испытания, точность регистрации угла достигает единиц секунд, а диапазон измерения порядка 10 . Кроме того, предлагаемый преобразователь позволяет производить как абсолютный, так и относительный отсчеты величины ут ла поворота вала,, Экономический эффект от использования предлагаемого преобразователя опрепеляется его техническими возможностями.