Фотоэлектрический датчик скорости вращения

 

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ, содержащий последовательно расположенные оптически согласованные осветитель, объектив, линзу, позиционно-чувствивсесоюзйАя г ТЕКТйО. , К1е.,ГКлК К5ВЛ§ОТ /;)1 тёльный фотоприемник, квадранты которого соединены с входами четырех .предварительных усилителей, а выходы первого и второго предварительных усилителей соединены с входами суммирующего усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, в него введены разностный усилитель, два компаратора и элемент И, при этом выходы третьего и четвертого предварительных усилителей соединены с входами разностного усилителя , а выходы суммирующего и разностного усилителей через компараторы соединены соответственно с перВЕлм и вторым входами элемента И. 00 СП г

(192 (112

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(5D (01 Р 3/36

Иавра5аеиие перемещение свежие ютмо

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3557599/18-10 (22) 24.12.82 (46) 23.03.84. Бюл. Р 11 (72) С.A.Boðoáüåâ, Ю.И.Баранов и В.В.Типаев (53) 531.776(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 801312, кл. -G 01 P 3/36, 1978.

2. Патент ФРГ 9 2659204, кл. G 01 P 3/36, 1979 (прототип). (54)(57) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ, содержащий последовательно расположенные оптически согласованные осветитель, объектив, линзу, позиционно-чувствительный фотоприемник, квадранты которого соединены с входами четырех предварительных усилителей, а выходы первого и второго предварительных усилителей соединены с входами суммирующего усилителя, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, в него введены разностный усилитель, два компаратора и элемент И, при этом выходы третьего и четвертого предварительных усилителей соединены с входами разностного усилителя, а выходы суммирующего и разностного усилителей через компараторы соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И.

1081543

25

50

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испольэовано для измерения скорости âðàщения оптико-механических развертывающих и сканирующих систем, а так же при построении прецизионных систем стабилизации скорости вращении объекта.

Известен фотоэлектрический датчик скорости вращения, который содержит осветитель, объект,позиционно-чувствительный фотоприемник, блок управления,компаратор, формирователь пускового импульса, два блока совпадений и триггер (1) .

Недостатком этого датчика является ro сложность и низкая помехозащищенность, поскольку импульсные амплитудные помехи или паразитные световые сигналы на входе устройства приводят к появлению на выходе устройства ложного сигнала или наоборот к пропаданию информационного сигнала. Это происходит из-за помехи, которая, попадая на вход триггера, переводит состояние его выхода на противоположное.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является фотоэлектрический датчик скорости вращения, содержащий последовательно расположенные оптически согласованные осветитель, оптическую систему, позиционно-чувствительный фотоприемник, четыре предварительных усилителя, два суммирующих усилителя, два логарифмических усилителя, кроме того, две смены стробирования, дифференциальный усилитель, ограничитель, элемент ИЛИ и регулирующий усилитель. Причем выходы четырех квадрантов фотоприемника через четыре предварительных уаилителя соединены с входами первого и второго суммирующих усилителей, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго логарифмических усилителей, выходы логарифмических усилителей соединены соответственно с входами первой и второй схемы стробирования, выход первой схемы стробирования соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, а выход второй схемы стробирования соединен с неинвертирующим входом.дифференциального усилителя, а также выходы первой и второй схем стробирования соединены соответственно с первым и вторым входами элемента

ИЛИ, выход элемента ИЛИ через регулирующий усилитель соединен с стробирующими входами четырех пред" варительных усилителей, а выход дифференциального усилителя соединен с,входом ограничителя (2) .

Недостатком известного устройства, ограничивающим его применение в качестве датчика скорости вращения в развертывающих и сканирующих устройствах оптико-механических систем, является его низкая помехозащищенность от паразитных засветок квадрантов фотодиода и от влияния амплитудных помех, наведенных на входе устройства, поскольку любая помеха усиливается в устройст. ве и, проходя через весь тракт преобразования, образует на выходе устройства ложный импульс.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности фотоэлектрического датчика скорости вращения.

Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрический датчик скорости вращения, содержащий последовательно расположенные оптически согласованные осветитель, объектив, линзу, позиционно-чувствительный фотоприемник, квадранты которого соединены с входами четырех предварительных усилителей, а выходы первого и второго предварительных усилителей соединены с входами суммирующего усилителя, введены разностный усилитель, два компаратора и элемент И, причем выходы третьего и четвертого предварительных усилителей соединены с входами разностного усилителя, а выходы сум-. мирующего и разностного усилителей через компараторы соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И. I

Такое построение схемы фотоэлект. рического датчика скорости вращения позволяет повысить помехозащищенность устройства от действия паразитных засветок, поскольку его выходной сигнал формируется по двум параллельным ветвям — по сумме и по разности уровней выходных напряжений с квадрантов фотоприемника, и только одновременное наличие сигналов с двух параллельных ветвей обеспечивает появление выходного им пульса. Образование информационного сигнала с фотоэлектрического датчика происходит при прохождении све" товым пятном квадрантов фотоприемника в строго определенной последова" тельности: одна пара квадрантов формирует с помощью суммирующего усилителя и компаратора сигнал суммы, а другая пара квадрантов с помощью разностного усилителя и компаратора — сигнал разности. С помощью элемента И происходит логическое сравнение этих сигналов. Только при одновременном наличии сигналов на двух входах элемента И образуется выходной сигнал фотоэлектрического

1081543

Устройство работает следующим об» разом. 60

Световое пятно, созданное осветителем 1, обрабатывается и фокусируется оптической системой 2 на позиционно-чувствительный фотоприемник 3. В качестве последнего мо- 65 датчика, а именно при наличии светового пятна от момента прихода его на определенные квадранты фотоприемника до прохождения им центра фотоприемника. При паразитной засветке одного из квадрантов фотоприемника либо любых других последовательно или накрест расположенных и засвечиваемых поочередно или одновременно, либо трех квадрантов, либо всех четырех квадрантов при нарушении последовательности прохождения световым пятном квадрантов фотоприемника выходной сигнал фотодатчика не образуется, поскольку на одном из входов элемента И при- 15 сутствует запрещающий потенциал логического нуля, образованный либо разностным, либо суммирующим усилителем и соответствующим компаратором. При этом амплитуда помехи на входе устройства и величина паразитной засветки не оказывают на работу фотоэлектрического датчика никакого влияния.

Только в том случае, когда световая помеха пройдет по тем же квад рантам и в той же последовательности, которая свойственна информационному сигналу., то на выходе фотодатчика возможно появление ложного импульса. Таким образом, фотодат30 чик не устраняет полностью возможность прохождения на выход устройства помехи, а снижает вероятность ее прохождения °

На фиг.1 приведена блок-схема фотоэлектрического датчика скорости вращения; на фиг.2-8 — эпюры напряжений на выходах отдельных блоков фотоэлектрического датчика скорости вращения для случая, когда

I световое пятно пересекает сначала квадранты А и Q а затем квадрантыЬ иС.

Датчик скорости вращения содержит (фиг.1) осветитель 1, оптичес- 45 кую систему 2, позиционно-чувствительный фотоприемник 3, предварительные усилители 4-7, суммирующий усилитель 8, разностный усилитель 9, компараторы 10 и 11, элемент И 12. 50 Выходы с квадрантов А и В позиционно-чувствительного фотоприемника подключены через предварительные усилители 4 .и 5 к суммирующему усилителю, а выходи с квадрантов С и D фотоприемника подключены через предварительные усилители 6 И 7. к разностному усилителю. жет использоваться, например, четырехквадрантный фотодиод, квадранты которого ориентированы по линии перемещения светового пятна, пересе,кающего сначала квадранты А и D, а затем 8 и С . В период, когда световое пятно находится вне фотоприемника, напряжение на выходах предварительных усилителей 4-7, предназначенных для усиления мощности сигналов, поступающих с фотоприемника 3, равно нулю, а следовательно, и на выходах суммирующего усилителя 8 и разностного усилителя 9, компараторов 10 и 11 напряжения также равны нулю. Поскольку компараторы 10 и 11 работают в режиме индикаторов .момента превышения сигналом нулевого уровня и их выходные сигналы находятся на стандартных уровнях единицы или нуля, соответствующих входным управляющим напряжениям цифро,вых схем, то на выходе элемента И, предназначенного для осуществления операции логического умножителя сигналов, поступающих с разностного и суммирующего усилителей, присутствует потенциал логического нуля, что соответствует отсутствию выходного сигнала с .фотоэлектрического датчи-. ка скорости вращения. !

При появлении информационного сигнала световое пятно появляется сначала на квадрантах А и 1) фотоприемника 3 (фиг.2 и 3), при этом на выходах предварительных усилителей 4 и 7 появляется напряжение, пропорциональное площади засвеченных участков, на выходах предварительных усилителей 5 и б — нулевое напряжение, на выходе суммирующего усилителя 8 (фиг.4) и разностного усилителя 9 (фиг.5) образуется положительный потенциал, на компараторах 10 и 11 он преобразуется в стандартный уровень логической единицы (фиг.б и 7)„а на выходе элемента И 12 появляется уровень логической единицы (фиг.8),т.е. формируется передний фронт выходного сигнала. Когда световое пятно расположено больше на квадрантах 4 и Э чем на б и С, на выходе элемента 12 присутствует уровень логической единицы, что означает наличие на выходе устройства сигнала. При дальнейшем движении светового пятна напряжение на предварительных усилителях 4 и 7 уменьшается, а на предварительных усилителях 5 и б возрастает. На выходе разностного усилителя IIpH этом напряжение уменьшается, при совмещении центра светового пятна с центром фотоприемника разность напряжений на выходе раэностного усилителя 9 равна нулю, на выходе компаратора образуется эа1081543 прещающий потенциал логического нуля, а на выходе суммирующего усилителя 8 - положительное напряжение, равное сумме сигналов с предварительных усилителей 4 и 5, компаратор 10 преобразует его в стандартный сигнал логической единицы, на выходе логического элемента 12 при сравнении сигналов с компараторов 11 и 10 появляется потенциал логического нуля, состояние выхода элемента 12 меняется на противоположное, т.е. формируется задний фронт выходного импульса сигнала датчика скорости вращения.

При дальнейшем движении светового пятна (световое пятно расположено больше на квадрантах Ь и С фотоприемника) на выходе предварительного усилителя б напряжение увеличивается, а на предварительном усилителе 7 уменьшается, на выходе разностного усилителя 9 появляется отрицательный потенциал, на выходе компаратора 11 при этом остается запрещающий для элемента

И 12 потенциал логического нуля, на выходе элемента И 12 — также потенциал логического нуля, т.е. выходной сигнал датчика скорости отсутствует.

При вращении объекта в противоположном направлении (световое пятно пересекает сначала квадранты

9 и С, а затем A и П ) устройство работает аналогичным образом, только стабильным будет передний фронт выходного сигнала датчика скорости вращения.

При засветке одного из квадрангов фотоприемника, например квадранта 4, на выходе суммирующего усилителя 8 появляется напряжение, пропорциональное площади засвеченных участков квадранта фотоприемни- ка, а на разностном усилителе присутствует нулевой потенциал, значит на выходе устройства сигнал отсутствует, также и при засветке квадранта 2 выходной сигнал устрой5

10 l5

45 ства равен нулю, так как на выходе суммирующего усилителя 8 напряжение ,равно нулю, значит и на выходе элемента 12 присутствует потенциал логического нуля. Выходной сигнал отсутствует и тогда, когда произошла ложная засветка пары квадрантов фотоприемника, например, A и 13, О и

С „)1 и С либо трех квадрантов Я, В и С . В этом случае происходит усиление этой помехи по напряжению на предварительных усилителях 4-7, суммирование и вычитание этих напряжений — на суммирующем и разностном усилителях, но в любом случае только на одном из выходов компараторов 10 и 11 присутствует потенциал логической единицы, а на другом компараторе в это же время при" сутствует потенциал логического нуля, а значит и на выходе устройства отсутствует выходной сигнал.

При.одновременной паразиткой равномерной засветке всех четырех квадрантов фотоприемника ложный сигнал также не проходит на выход датчика скорости вращения, так как сигналы на предварительных усилителях б и 7 равны по амплитуде, значит на выходе разностного усилителя напряжение равно нулю, а на выходе элемента 12 присутствует потенциал логического нуля, и значит на выходе устройства отсутствует выходной сигнал.

Таким образом, выходной сигнал фотоэлектрического датчика скорости вращения возникает на выходе устройства только при наличии светового пятна одновременно как минимум на двух квадрантах фотоприемника, расположенных по направлению перемещения светового пятна.

Технико-экономические преимущества предлагаемого датчика скорости вращения по сравнению с известным заключается в повышении помехозащищенности устройства и в сокращении числа элементов, входящих в систему устройства.

1081543 г.7

Составитель Ю.Власов

Редактор Л.Гратилло Техред А.Ач Корректор Г.Решетник

Заказ 1540/39 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал IIIIII Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4