Фотоэлектрический преобразователь перемещений
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕ- ОВРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ по авт. св. № 960528, отпичаю1цийся тем, что, с цепью расширения функциональ Hbixj возможностей путем обеспечения иэмерений угловых перемещений в ппоскооти , параллельной плоскости фотопотенциометра , он снабжен регистратором угловых перемещений, а среоний вывоа реаист ивного слоя подключен к положительному полюсу источника питания через регистратор угловых перемещений.
(19) (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
y 1) G 01 В 21/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
DO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 960528 (21) 3434223/18-28 (22) 1 1.05.82 (46) 23.09.83. Бюл. )ь 35 (72) В.В. Ефимов, В.Б. Титов и А.А. Вино куров (53) 531.71 7 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
М 960528, кл. (j 01 В 21/00, 1980 (прототип) . (54) (57) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ по авт.. св, )4 960528, о т и и ч.а ю m и и с я тем, что, с целью расширения функциональ ных возможностей путем обеспечения измерений угловыx перемещений в плоскооти, параллельной плоскости фотопотенциометра, он снабжен регистратором угло- . вых перемещений, а средний вывод резистивного слоя подключен к положитель ному полюсу источника питания через регистратор угловых перемещений.
491
1 1043
Изобретение относится к контрольноизмерительной техника и может быть исполыоваио преимущественно в устройствах контропя, индикации и измерения перемещений различных объектов, S
По основному авт.св. № 960528, известен фотоалектричеекий преобразователь перемещений, содержащий источник света, посцедоватепьно установленные по ходу светового пуча теневую маску с дву- l0 мя равновеликими окнами, жестко связываемую с обьектом, ппоскость которой перпендикупярна оптической оси источника света, и позиционно-чувствитепьный фотоприемник, источник питания и два f5 регистратора, позиционно-чувствительный фотоприемник выполнен в виде фотопотенциометра, резистивный спой которого имеет выводы на концах и один в середине дпя соединения с отрицатепьным и положи-20 тельным полюсами источника питания, два вывода, распопоженных симметрично среднему выводу, подключенных к входу опредепения перемещения по оси Y регистра-, тора, фотопроводящий и колпекторный спои 25 фотопотенциометра раздепены на две рав- ! ные части вцоль их поперечной оси диалектрическим споем, каждая часть коппекторного опоя имеет вывод, подкпюченный к входам определения перемещений З0 по оси X регистратора, окна теневой маски выпопнены таким образом, что
I одноименные точки их распопожены симметрично оптической оси источника света, а вепичина их сечений, параплепьных оси 35 чувствительности фотопотенциометра, монотонно изменяется. Данный преобразоватепь обеспечивает преобразование линей-: ных перемещений теневой маски, связан. ной с объектом, по двум координатам flJ. 0 . Однако в известном преобразователе не прецусмотрено преобразование угловых отклонений теневой маски вокруг оптичеокой оси источника света, что эначитепьно сужает функциональные возможности пре« образоватепя ..
Цецью изобретения является расширение функционапьных воэможноетей путем обеспечения преобразования угповых пере- мещений в плоскости, параллельной ппоскости фотопотенциометра.
Поставленная цель достигается тем, что фотоапектрический преобраэоватепь перемещений снабжен третьим регистратором угловых перемещений, а средний вывод резистивного слоя подкпючен к
S5
-положительному понюсу источника питания через третий регистратор угловых перемещений.
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого преобразователя;. на фиг. 2 - функциональная схема фотопотенциометра; на фиг. 3 — графики, поясняющие принцип работы преобразователя; на фиг. 4 — аквивапентная схема алектрической части преобразователя.
Преобраэоватепь состоит иэ источника
1 света, теневой маски 2 с двумя равновеликими окнами, фотопотенциометра 3, источник 4 питания которого соединен с концом и серединой резистивного опоя
5 фотопотенциометра 3. Резистивнйй спой
5 имеет симметричные относительно его середины выводы 6 и 7, подкпюченные к входам регистрации перемещений по оси
Y регистратора (це показан). Фотопрово дящий 8 и коппекторный 9 слои фотопотенциометра 3 раздепены вдопь их поперечной оси диапектрическим слоем 10, а каждая из частей конпекторного опоя 9 имеет вывод 11 (12). Выводы 11 и 12 подкпючены к входам измерения перемещений по оси )(регистратора (не показан). Между источником 4 питания и средним выводом резистивного споя 5 включен регистратор 13 угпового перемещения.
Я
Преобразоватепь работает следующим образом.
При исходном попожении перемешающегося объекта и жестко связанной с ним теневой маски 2 свет от источн жа 1, пройдя через окна теневой маски 2, осве-. ° щает фотопотенциометр 3 (фиг;2) в виде засвеченных областей 14 и lS, причем на обеих половинах фотопотенциометра 3 освещены равные и симметричные относитепьно середины участки фотопроводящего слоя 8. Распредепение потенциаца на реэистивном спое 5 изображено на фиг. 3 сппошной пинией. Выводы 11 и 12 подсоединены через низкоомные коппекторный 9 и в областях освещения фотопроводящий 8 спои к точкам резистивного опоя 5, которые имеют равные потенциалы в сипу равенства засвеченных обпастей 14 и 1 5 и их симметричности относительно середины;
Потенциап вывода 11 равен потенциапу реэистивного опоя 5 в точке ", которая явпяется начапом (засвеченной) обпасти
14 и опредепяется выражением
0 м ц "°
44 (1) где О. - напряжение питания:. фотопотенциометра 3;
1043491
1 - длина фотопотенциометра 3; (- длина засвеченной области 14
14 фотопроводящего споя 8.
Потенциал вывода 1 2 равен потенпиапу . вывода 11 в силу равенства
5 (2) где 0/5- - длина засвеченной области 1.5 фотопроводящего слоя 8, . 10 и симметричности областей 14 и 15 относительно поперечной оси фотопотенциометра 3. Это отражено на фиг. 3 горизонтальными участками графика, расположенными на одном. уровне. 15
1(Р (Х -3„4), 20
U (3)
Ь(2- (4 где A g — координата вывода 6.
При этом ему равен (— потенциал вывода 7 - в силу условия (2) и симметричности выводов 6 и 7 относительно середины фотопотенциометра 3.
Таким образом, при исходном попоже. нии теневой маски 2 потенциалы на выходах 11 и 12 равны между собой и разность этих потенциапов U О, также как и потенциалы на выводах 6 и 7 равны между собой и их разность U = О, Т.е. показания регистраторов нулевые.
Если же теневая маска 2 перемещается вместе с перемещающимся обьектом вдоль оси Х ка расстоянии b Х, то рас»предепение потенциала на резистивком слое 5 изменяется, как это изображено штриховой линией на фиг. 3. При этом потенциалы на выводах 11 и 12 изменяются на одинаковую величину
25 (7/ Х 3 <с (Цг -0 4) (7) 5 выражение (6) оцредепяет величину и направление перемещения по оси 1 . При этом, еспи перемещения по оси не быпо, напряжение U останется нупевым.
В случае перемещения теневой маски
0 2 по обеим осям Х и У о величине и направпении этих перемещений несут информацию величины и знаки соответственно напряжений 0 и U q .
Если же контролируемый объект вмес» те с закреппенной на нем маской 2 совершает угловое перемещение вокруг оптической оси источника 1 при нулевых значениях отклонений по осям X и 1 горизонтальные участки графика (фнг. 3) остаются на одинаковом уровне, что сохраняет нулевое значение разности
Ц 4 — ф12, и одновременно увеличиваются (при отклонении по ходу часовой стрелки) ипи одновременно уменьшаются (при отклонении против часовой стрелки), что сохраняет нулевое значение разности
Я6 -ф . Однако одновременное увепиченнв . ипи уменьшение горизонтальных участков
U аг ь/г-е„ (4) 55
Потенциал вывода 6 определяется выражением..причем, если Ц 4 уменьшается, то потенциал g(g увеличивается на такую же величину в силу сохранения условия (2), и разность между ними
На фиг. 3 это отражено перемещением
ego горизонтальных участков вдоль накпонных, при этом углы накпона прямых остаются прежними, а значит и потенциалы выводов 6 и 7 не изменяются, а их разность остается равной нупю, т.е.
0е = О. Это говорит о том, что перемещение маски 2 вдонь оси X влияет только на напряжение И,2, которое пропор ционапьно смещению вдоль оси и имеет соответствующий ему знак.
В случае перемещения маски 2 вдоль оси 1 (фиг. 1) распределение потенциала также изменяется, но горизонтапьнь|е участки графика (фиг. 3) остаются на прежних, одинаковых уровнях, а- их длины
0 /4 и (1g изменяются BB одинаковую величину, но разнонаправленно. Так, еспи уменьшается на 2 b Х .вследствие перемещения маски 2 по оси Y вверх, е то е .г4 увеличивается на 2 b Х, что or ражено на графике (фиг. 3) последователь постыл точек. При этом изменяются и потенциапы (p< и g и разница между кими следующая: (3 ()а (2 - Х б) 4 a, X (6 )
"г р6 Рт (/„/.г /г, ) (дХ ) где 0 4 — длина засвеченной области 14 е фотопроводящего слоя 8 в исходном положении.
При усповии
3491
5 104 при отклонении по угпу 9 влечет за собой соответственно уменьшение либо увеличе. ние сопротивления цепи от одной клеммы источника 4 до другой, а значит, и соответственно увепичения ипи уменьшения 5 тока, потребляемого от источника 4, которое и регистрируется регистратором 1 3.
Наглядно работу преобразоватепя можно продемонстрировать, рассмотрев еквивапентную схему его эпектрической части (фиг.4). Схема представпяет собой мост из шести сопротивлений, где R R)(и R)2 уменьшаются, то К и Ж увепичиваются на ту же величину И расстояния между одноименными движками не изменяются. Toraa напряжение на регистраторе, регистрирующем перемещение ло оси Y остается неизменным, а на регистраторе, регистрирующем перемещение ло оси Х, появпяется напряжение Ц ., пропорпионапьное откпонению по оси Х. При отклонении по оси f уже движки 11 11 и 12, 12 двигаются навстречу ЗО > apyr другу пибо друг от друг&у при этОм, еспи величина сопротивпения,, зашунтироваиного движками 12 и 12, уменьшается и наоборот. Изменение токов в плечах приводит к появпению напряжения на регистраторе, регистрирующем перемещение по оси Х» При появлении угпоsore откпонения движки 11 ll и 12 t 1 12 одновременно иибо увеличивают величину шунтируемого ими сопротивпения, либо уменьшают. В первом спучае общий ток пепи уменьшается, во втором - увеличивается, что и регистрируется регистратором 13 угловых перемещений. Таким образом, введение фотоэлектрического преобразоватепя перемещений регистратора угловых перемещений, соединение среднего вывода резистивного споя фотопотенциометра с попожительным попюсом источника питания через регистратор угповых перемещений позволяет . преобразовывать угловые откпонения тене вой маски вокруг оптической оси источника, что существенно расширяет функционапьные воэможности преобраэоватепя. Применение предпагаемого преобразоватепя в устройствах индикаиии, контропя и измерения перемещений (например, в станках и механизмах с автоматическим 1 управлением) позволяет в известной мере пиквидировать необходимость датчиков угповых отклонений, тем самым ущзостить етн контропьно-иэмеритепьные устройства, уменьшить их массогабаритные характеристики и принести определенный зкономический аффект. Если принять, что в станке с автоматическим управлением не-обходимо регистрировать пикейные отклонения по двум осям и угловые - по одной, испопьзование предпагаемого преобраэоватепя позвопяет на 30% уменьшить массо, габаритные характеристики и стоиМость контропьно-измеритепьной аппаратуры дан. ного станка. 1043491. 1043491 1043491 ЬаФ Составитепь Е. Гпазкова Редактор Н. Джугаы Техред Я,Тенер Корректор О. Бипак Заказ 7324/44 ° Тираж 602 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по депам изобретений и открытий . 11 3035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент", г. Ужгород, уп. Проектная, 4
