Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код

 

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД по авт. св. № 851437, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности преобразователя, в него введены компаратор напряжения, преобразователь напряжения в код, блок логической обработки сигналов и дополнительная пара идентичных младшему разряду светочувствительных дорожек , зубцы электродов которых сдвинуты относительно зубцов электродов младшего разряда на половину ширины одного зубца, а общий электрод дополнительных дорожек соединен с входом компаратора напряжения , блок логической обработки сигналов состоит из инвертора, суммирующего усилителя , двух аналоговых ключей, выходы которых подключены к первому входу суммирующего усилителя, второй вход которого соединен с источником питания, а выход - с входом преобразователя напряжения в код, и инвертирующего усилителя, вход которого соединен с входом первого аналогового ключа и общим электродом светочувствительных дорожек младшего разряда фотоприемника, выход инвертирующего усилителя соединен С с входом второго аналогового ключа, управляющий вход которого через инвертор сое (Л динен с управляющим входом первого аналового ключа и с выходом компаратора напряжения . / СП со ю 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1105923 зсмк G 08 С 9/06

QRPAQ r

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ВйгЛЦС; ::..:

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 851437 (21) 3530464/18-24 (22) 27.12.82 (46) 30.07.84. Бюл. № 28 (72) Н. Е. Конюхов, А. А. Плют и С. А. Матюнин (71) Куйбышевский ордена Трудового Красного Знамен и авиационный институт им. акад. С. П. Королева (53) 681.325 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 851437, кл. G 08 С 9/06, 1981 (прототип). (54) (57) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД по авт. св. № 851437, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности преобразователя, в него введены компаратор напряжения, преобразователь напряжения в код, блок логической обработки сигналов и дополнительная пара идентичных младшему разряду светочувствительных дорожек, зубцы электродов которых сдвинуты относительно зубцов электродов младшего разряда на половину ширины одного зубца, а общий электрод дополнительных дорожек соеди нен с входом компаратора напряжения, блок логической обработки сигналов состоит из инвертора, суммирующего усилителя, двух аналоговых ключей, выходы которых подключены к первому входу суммирующего усилителя, второй вход которого соединен с источником питания, а выход — с входом преобразователя напряжения в код, и инвертирующего усилителя, вход которого соединен с входом первого аналогового ключа и общим электродом светочувствительных дорожек младшего разряда фотоприемника, выход инвертирующего усилителя соединен с входом второго аналогового ключа, управ- Я ляющий вход которого через инвертор соединен с управляющим входом первого ана- Ц ф лового ключа и с выходом компаратора напряжения.

1105923

Изобретение относится к информационно-измерительной технике.

По основному авт. св. № 851437 известен фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий объектив, измерительный блок, источник питания, фотоприемник с электродами, выполненный в виде расположенных между электродами и смещенных относительно друг друга светочувствительных дорожек. Причем в измерительный блок входят компараторы напряжения, подключенные к общим электродам двух

1О светочувствительных дорожек каждого разряда преобразователя, а в цепь оптической связи фотоприемника с источником излучения введен оптический клиновидный модулятор с прозрачными электродами, выполненный из вещества, меняющего коэффициент пропускания под действием электричес15 кого поля, электроды которого подключены светочувствительной дорожки фотоприемника (1).

Недостатком известного преобразователя является ограниченная разрешающая способность, определяемая шириной «зубца» электродов младшего разряда фотоприемника.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрический преобразователь перемещения в код введены компаратор напряжения, преобразователь напряжения в код, блок логической обработки сигналов и до30 полнительная пара идентичных младшему разряду светочувствительных дорожек, зубцы электродов которых сдвинуты относитель- 35 но зубцов электродов младшего разряда на половину ширины одного зубца, а общий электрод дополнительной пары дорожек соединен с входом компаратора напряжения, блок логической обработки сигналов состоит из инвертора, двух аналоговых ключей, выходы которых подключены к первому вхо40 ду суммирующего ус ил ителя, второй вход которого соединен с источником питания, а выход — с входом преобразователя напряжения в код, и инвертирующего усилителя, вход которого соединен с входом первого аналогового ключа и общим электродом светочувствительных дорожек младшего разряда фотоприемника, выход инвертирующего усилителя соединен с входом второго аналогового ключа, управляющий вход которого через инвертор соединен с управляющим входом первого аналогового ключа и выходом компаратора напряжения.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема фотоэлектрического преобразователя перемещения в код; на фиг. 2 — характерисика вход-выход следя щего усилителя; на

55 фиг. 3 — зависимости выходными сигналов к следящему усилителю, входы которого связаны с источником питания и электродом 20 элементов фотоэлектрического преобразова теля перемещения в код от положения границы свет — тень на поверхности фотоприемника.

Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код состоит из объектива 1, клиновидного оптического модулятора 2 с прозрачными электродами 3, фотоприемника 4, выполненного в виде светочувствительных дорожек 5, заключенных между электродами 6 и 7.

Профилированные электроды 6 подключены к источникам питания 8, а общие электроды 7 двух светочувствительных дорожек одного разряда подключены к соответствующему компаратору напряжения 9. Один из электродов 11 светочувствительной дорожки 10 соединен с источником питания 8, а другой — с сопротивлением нагрузки 12 и неинвертирующим входом следящего усилителя 13. Инвертирующий вход следящего усилителя 13 соединен через делитель напряжения 14 с источником питания 8, выход усилителя 13 соединен с прозрачными электродами 3 клиновидного оптического модулятора 2. Оптический модулятор 2 выполнен из вещества, меняющего коэффициент пропускания под действием электрического поля, например из жидкокристаллического вещества. Причем оптический модулятор 2 расположен таким образом, что острый угол модулятора 2 направлен в сторону проецируемой световой области. Следящий усилитель 13 обладает характеристикой, изображенной на фиг. 2. В фотоприемник 4 введена дополнительная пара 15 идентичных младшему разряду светочувствительных дорожек, зубцы электродов которых сдвинуты относительно зубцов электродов младшего разряда на половину ширины одного зубца, а общий электрод 16 дополнительных дорожек соединен с входом компаратора напряжения 17. В измери-ельный блок преобразователя введены преобразователь напряжения в код 18 и блок логической обработки сигналов, состоящий из инвертора 19, двух аналоговых ключей первого 20 и второго 21, соединенных на выходе и подключенных через суммирующий усилитель 22 к преобразователю напряжения в код 18 и инвертирующего усилителя 23, вход которого соединен с входом первого ключа 20 и общим электродом 7 светочувствительных дорожек младшего разряда фотоприемника 4. Причем выход усилителя 23 соединен с входом второго ключа 21, управляющий вход которого через инвертор 19 соединен с управляющим входом первого ключа 20 и выходом компаратора напряжения 17. Сверху на металлические электроды фотоприемника 4, так, чтобы перекрыть дорожки между электродами, нанесена светочувствительная, например кадмиевоселенистая, пленка. Выходы компараторов на1105923 пряжения 9 и выходы преобразователя напряжения в код 18 являются выходом преобразователя перемещения в код.

Для реализации М-разрядного преобразо вателя необходимо 2N светочувствительных дорожек, каждая пара из которых представляет из себя дорожки между двумя профилированными в виде «зубцов» прямоугольной формы электродов, сдвинутых относительно друг друга таким образом, что зубцы одного электрода находятся против впадин другого.

Преобразователь работает следующим образом.

Изображение контролируемого объекта с помощью объектива 1 проецируется через клиновидный оптический модулятор 2 на плоскость фотоприемника 4 в виде границы светлой и темной областей. При этом часть светочувствительных дорожек разрядов фотоприемника 4 и часть светочувствительной дорожки 10 засвечивается падающим на фотоприемник 4 световым потоком. Сигнал U, снимаемый с нагрузочного сопротивления 12, поступает на неинвертирующий вход следящего усилителя 13. На инвертирующий р вход усилителя 3 подается опорное напряжение Uon- Разность напряжений Usz — Uon усиливается следящим усилителем 13 и поступает на прозрачные электроды 3 оптического модулятора. При этом вещество оптического модулятора 2 переходит в непро- 30 зрачное состояние, начиная с острого угла м одул ято ра 2.

Это приводит к тому, что полубесконечный световой зонд укорачивается, превращаясь в световой зонд шириной Н, прилегающий к границе свет — тень. При этом ширина сформированного светового зонда равна ширине одного зубца Д1Ч светочувствительной дорожки младшего разряда преобразователя. Сигналы U„, снимаемые с общих электродов 7 светочувствительных дорожек 4g фотоприемника 4, поступают на компараторы напряжения 9, выходной сигнал которых соответствует логической един ице при

U >0 и логическому нулю при U <0. Причем при перемещении светового зонда напря-. жения, снимаемые с дополнительной пары 4

15 светочувствительных дорожек Ц„и с пары дорожек младшего разряда фотоприемника Uq, изменяются по линейно-пилообразному закону и сдвинуты относительно друг друга на величину - — (фиг. 3). Компаратор напряжения 9 дорожек младшего разряда и компаратор 17 дополнительной пары дорожек выделяют положение светового зонда, когда соответствующее напряжение U, U переходит через ноль. Линейно изменяющийся при перемещении светового зонда SS сигнал U< через аналоговые ключи 20 и 21 и инвертирующий усилитель 23 подается на вход суммирующего усилителя 22, где суммируется с постоянной величиной U > . Для тех положений светового зонда, когда выходной сигнал компаратора 17 соответствует логической единице напряжение () пары светочувствительных дорожек младшего разряда фотоприемника 4 через открытый аналоговый ключ 20 поступает на вход суммирующего усилителя 22, где суммируется с напряжением Uw<». Причем величина напряжения Un l» выбирается из условия

Uu = )min U<(x)(.

В этом случае выходное напряжение Uzq суммирующего усилителя 22, поступающее на вход преобразователя напряжения в код

18, представляет из себя при перемещении светового зонда на отрезках 2 Ni х с N (2 +

-1-1), i =О, 1, 2 ..., т. е. на отрезках между одной из впадин и зубцом верхнего профилированного электрода 6 светочувствительных дорожек младшего разряда фотоприемника

4, линейно возрастающее напряжение, изменяющееся от нуля при х = 2ANi до

Блц + max Ug(x) при х = 24N(2i+1). При этом аналоговый ключ 21 закрыт.

Для тех положений светового зонда

AN (2i+ 1)(x(24N (i+ 1), когда выходной сигнал компаратора напряжения 17 соответствует логическому нулю, т.е. на отрезках между одним из зубцов и впадиной верхнего профилированного электрода 6, аналоговый ключ 20 закрыт, а аналоговый ключ 21 открыт. При этом напряжение U>, снимаемое с дорожек младшего разряда фотоприемника 4 и находящееся на линейно падающем участке (фиг. 3), инвертируется усилителем 23.

Для приведенной конструкции фотоприемника, светочувствительные дорожки которого заключены между идентичными профилированными электродами

max Uq (х) =/ min U< (х)/

При этом выходное напряжение Uqq усилителя 23 íà oxpesxax AN(2i+ l)cx 2AN(i+

+ 1) изменяется от (1гз = Urr>r до Uz> =

= — Urn«. Выходное напряжение усилителя

23 через открытый аналоговый ключ 21 суммируется усилителем 22 с напряжением Um« и поступает на вход преобразователя напряжения в код 18. В этом случае выходное напряжение 1), суммирующего усилителя 22 при перемещении светового зонда на отрезках DN(2i+1)(x<2AN(i+1) изменяется по линейно возрастающему закону от Uzz — — О до Uzz = 2Urn«.

Таким образом, входное напряжение преобразователя напряжения в код 18 при перемещении светового зонда Uqz изменяется по линейно возрастающему закону от нуля до 2Urnin с периодом Т =A N. Поэтому выходной код преобразователя напряжения в код 18 прямо пропорционален положению светового зонда в промежутках между зубца ми и рофил и ров а нных электродов фото1105923

=6„- б.п

0 ти

Uj о

Ugg

Риа. 3

С оста ви тель Ю. Кото в

Техред И. Верес Корректор С. Черни

Тираж 569 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Т. Веселова

Заказ 5122 40 приемника, т.е. выходной код преобразователя перемещения в код состоит из двух частей: старшая часть выходного кода считывается с кодирующего фотоприемника 4 с дискретностью Л N; младшая часть выходного кода поступает с преобразователя напряжения в код 18 с дискретностью, определяемой числом его разрядов. Разрешающая способность R такого преобразователя перемещения в код ограничивается не шириной зубцов электродов младшего разряда фотоприемника 4 N как в прототипе, а величиной неоднородности светочувствительной пленки по поверхности Я:

R 1 1 В+А где В, А — расстояние от дна впадины и от зубца профилированного электро5 да 6 до общего электрода 7.

Предлагаемый фотоэлектрический преобразователь перемещения в код может использоваться как для построения преобразователей линейных перемещений в код, так и для построения преобразователей угла поворота вала в код.

Экономический эффект обусловлен теми техническими преимуществами, которые описаны выше.