Оптоэлектронный функциональный преобразователь

 

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, -содержащий размещенные в светонепроницаемом корпусе источник излучения, первый и второй фотоприемники, прозрачный диск, закрепленный на входной оси вращения и установленный между источником излучения и первым и вторым фотоприемниками, выходы которых подключены к соответствующим входам выходного дифференциального усилителя , на прозрачном диске установлены аксиально первый и второй оптические фильтры, из которых первый вьшолнен в виде кольца и имеет коэффициент пропускания, изменяющийся в угловом направлении по линейному закону, отличающийся тем, что, с целью повышения крутизны выходного напряжения и точности функционального преобразования, в него введена непрозрачная диафрагма, в которой вьтолнена спиралевидная прорезь постоянной щирины, непрозрачная диафрагма аксиально расположена на втором оптическом фильтре, причем диаметр непрозрачной диафрагмы равен диаметру второго оптического фильтра, который вьтолнен в виде диска с коэффициентом пропускания, меняющимся радиально по линейному закону с максимумом на периферии, источник излучения вьтолнен линейчатым и расположен по всей длине радиу (/) са прозрачного диска, вт.орой фотоприемник также выполнен линейчатым и расположен по всей длине радиуса второго оптического фильтра, вход второго фотоприемника через спиралевидную прорезь непрозрачной диафрагмы , второй оптический фильтр и прозрачный диск оптически связан с выхоVJ дом источника излучения, а вход первого фотоприемника через первый 9: оптический фильтр и прозрачный диск 3d оптически связан с выходом источника :л излучения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19} (11}

g 1} G 06 G 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /.""

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Х АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3474443/24-24 (22) 22.07.82 .(46) 07.10.84. Бюл. ¹ 37 (72) С.В.Свечников, А.К.Смовж, И.С.Солдатенков и Н.П.Фомиченок (71) Институт полупроводников

АН Украинской ССР (53) 681.3(088.8) (56) 1. Патент США № 3878500, кл. 338-15, опублик. 1975.

2. Патент США № 3639769, кл. 338-15, опублик. 1972 (прототип). (54) (57) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ФУНК||ИОНАЛЬНЪ|Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, .содержащий размещенные в светонепроницаемом корпусе источник излучения, первый и второй фотоприемники, прозрачный диск, закрепленный на входной оси вращения и установленный между источником излучения и первым и вторым фотоприемниками, выходы которых подключены к соответствующим входам выходного дифференциального усилителя, на прозрачном диске установлены аксиально первый и второй оптические фильтры, из которых первый выполнен в виде кольца и имеет коэффициент пропускания, изменяющийся в угловом направлении по линейному закону, отличающийся тем, что, с целью повышения крутизны выходного напряжения и точности функционального преобразования, в него введена непрозрачная диафрагма, в которой выполнена спиралевидная прорезь постоянной ширины, непрозрачная диафрагма аксиально расположена на втором оптическом фильтре, причем диаметр непрозрачной диафрагмы равен диаметру второго оптического фильтра, который выполнен в виде диска с коэффициентом пропускания, меняющимся радиально по линейному закону с максимумом на периферии, источник излучения выполнен линейча- Pg тым и расположен по всей длине радиу" са прозрачного диска, второй фотоприемник также выполнен линейчатым и расположен по всей длине радиуса второго оптического фильтра, вход Р второго фотоприемника через спирале.Ф видную прорезь непрозрачной диафрагмы, второй оптический фильтр и прозрачный диск оптически связан с выходом источника излучения, а вход первого фотоприемника через первый оптический фильтр и прозрачный диск оптически связан с выходом источника излучения.

1117665

Изобретение относится к фотоэлект рической автоматике, измерительной и вычислительной технике и может найти применение при конструировании оптоэлектронных потенциометров и ана логовых датчиков угла поворота.

Известен оптоэлектронный функциональный преобразователь (ОЭФП), содержащий источник света, щелевой фоторезистор и теневую маску (вращаю- !О щуюся диафрагму), размещенную между ними и закрепленную на входной оси преобразователя.

Точность функционального преобразователя этого прибора составляет (0,3+0,5X) что является достаточным для широкого круга. задач фотоэлектрической автоматики f1) .

Недостатком данного ОЭФП является сравнительно низкий коэффициент деления входного напряжения (не более

80 7). Низкий коэффициент деления обусловлен тем, что в конструкции щелевого фоторезистора премененным в функции положения теневой маски 25 является только одно плечо, в то время как второе имеет постоянное сопротивление и используется как резистор нагрузки .

Известен ОЭФП, выполненный на основе источника света, двух фотоприемников, включенных по балансной схеме, двух оптических фильтров с переменным коэффициентом пропускания светового потока, расположенных между источником света и фотоприемникамии механически связанных с входной осью.При этом оптические фильтры вы— полнены в единой прозрачной подложке (2).

Недостатком известного ОЭФП является низкая точность функционального преобразователя, обусловленная трудностью получения заданного рас пределения коэффициента пропускания светового потока угловых оптических 4 фильтров.

Анализ известных конструкций ОЭФП показывает, что имеется существенное противоречие между точностью функционального преобразования и диапазоном о изменения коэффициента деления входного напряжения, т.е. его крутизной.

Целью изобретения является повышение крутизны выходного напряжения и точности функционального преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в ОЭФП, содержапп<й размещенные в светонепроницаемом корпусе источник излучения, первый и второй фотоприемники, прозрачный диск, закрепленный на входной оси вращения и установленный между источником излучения и первым и вторым фотоприемниками, выходы которых подключены к соответствующим входам выходного дифференциального усилителя, на прозрачном диске установлены аксиально первый и второй оптические фильтры, из которых первый выполнен в виде кольца и имеет коэффициент пропускания, изменяющийся в угловом направлении по линейному закону, введена непрозрачная диафрагма, в которой выполнена спиралевидная прорезь постоянной ширины, непрозрачная диафрагма аксиально расположена на втором оптическом фильтре, причем диаметр непрозрачной диафрагмы равен диаметру второго оптического фильтра, который выполнен в виде диска с коэффициентом пропускания, меняющимся радиально по линейному закону с максимумом на периферии, источник излучения выполнен линейчатым и расположен по всей длине радиуса прозрачного диска, второй фотоприемник также выполнен линейчатым и расположен по всей длине радиуса второго оптического фильтра, вход второго фотоприемника через спйралевидную прорезь непрозрачной диафрагмы, второй оптический фильтр и прозрачный диск оптически связан с выходом источника излучения, а вход первого фотоприемника через первый оптический фильтр и прозрачный диск оптически связан с выходом источника излучения.

На фиг. 1 представлена конструкция ОЭФП; на фиг. 2 — прозрачный диск с размещенными на нем оптическими фильтрами (сгущающиеся ликии указывают на повьппение оптической плотности); на фиг. 3 — вращающаяся непрозрачная диафрагма ОЭФП, в теле которой имеется спиралевидная прорезь (пунктиром отмечено положение линейчатого фотоприемника). дЭФП содержит источник 1 излучения, первый 2 и второй 3 фотоприемники, прозрачный диск 4, на котором размещены первый 5 и второй 6 оптические фильтры с переменным коэффициентом пропускания. При этом изменение коэффициента пропускания второго оптического фильтра 6 происходит

1117665 от минимума к максимуму в радиальном напряжении,. а для первого оптического фильтра 5 — в угловом направлении.

На оптическом диске 4 закреплена непрозрачная диафрагма 7, имеющая спиралевидную прорезь 8. Прозрачный диск 4 и диафрагма 7 закреплены на входной оси 9 вращения, причем все эпементы ОЭФП помещены в светоза- ip щитный корпус 10, а выходы фотоприемников 2 и 3 подключены к соответствующим входам выходного дифференциального усилителя 11.

ОЭФП работает следующим образом.

Поток излучения источника 1 через оптические фильтры 5 и 6, размещенные на прозрачном диске 4, падает на фотоприемники 2 и 3. Активная площадь фотоприемника 2 полностью осве- щ щена частью потока излучения от источника 1. Уровень освещенности фотоприемника 2 определяется коэффициентом пропускания первого оптического фильтра 5, величина которого из- 25 меняется от минимального до максимального значения в пределах угла поворота входной оси 9. При этом происходит соответствующее изменение осве щенности активной поверхности фотоприемника 2, вследствие чего амплитуда сигнала, выделяемого фотоприемником 2, является функцией углового положения входной оси 9.

Часть потока излучения от источника 1 попадает на линейчатый фотоприемник 3, проходя через второй оптический фильтр 6 и спиралевидную прорезь Ц в непрозрачной диафрагме 7.. Посколько форма спиралевидной 4О прорези 8 в непрозрачной диафрагме 7 изменяется в пределах угла поворота входной оси 9 от центра непрозрачной диафрагмы 7 и. к его периферии, то на пути потока излучения, ориентирован- 45 ного на линейчатый фотоприемник 3, появляются участки оптического фильтра 6 с различной величиной коэффициента пропускания, что приводит к соответствующему изменению освещеннос- 50 ти участка активной поверхности фотоприемника 3 и, следовательно, к изменению амплитуды выделяемого им сигнала. В процессе углового перемещения входной оси 9 область переменной 55 освещенности сканирует в радиальном направлении по активной поверхности фотоприемника 3. Для обеспечения работы дифференциального усилителя 11 целесообразно выбирать форму спиралевидной прорези 8, во вращающейся диафрагме,7 таким образом, что бы изменения освещенности фотоприемников 2 и 3 происходили в противофазе. При этом крутизна изменения выходного напряжения в диапазоне угловых перемещений входной оси 9 является максимальной.

Высокая точность функционального преобразования.в предлагаемом

ОЭФП достигается следующим образом.

Поскольку выходной характеристи,кой этого преобразователя является зависимость амплитуды выходного напряжения дифференциального усилителя 11 от угла поворота, которое формируется на основе сигналов, поступающих от фотоприемников 2 и 3, то все виды неоднородностей (нелинейность люкс-амперной характеристики фотоприемников 2 и 3, пространственная неоднородность распределения коэффициентов пропускания оптических фильтров 5 и 6) могут быть скомпенсированы соответствующим в зависимости от угла поворота входной оси 9 изменением амплитуды одного из сигналов, поступающих на вход усилителя 11.

Для предлагаемого ОЭФП такое согласование параметров реализуется подбором формы спиралевидной прорези 8 непрозрачной диафрагмы 7.

Конструктивные особенности предлагаемого ОЭФП и использование для согласования его параметров специальной формы спиралевидной прорези 8 непрозрачной диафрагмы 7 позволило создать ОЭФП с линейной функцией в диапазоне углов 0+356 при погрешности менее 0,12 7. и коэффициенте деления входного напряжения от 0,002 до 0,998. При этом неоднородность распределения коэффициента пропускания светового потока углового оптического фильтра 5 составляла +8 7, радиального оптического фильтра 6

+3,7 7, пространственная неоднородность фотопроводимости линейчатого фотоприемника 3 +(3+5) 7, неоднородность потока источника 1 излучения +12,8 X. Таким образом, использование изобретения позволяет применить для создания прецизионньм ОЭФП конструктивные элементы оптоэлектронного тракта с существенными и нерегулярными по характеру распределения пространственными неоднородностями.

Составитель Ю.Козлов

Редактор А.Шишкина Техред С. Легез а Корректор И. Эрдейи

Заказ 7223/35 Тираж 698 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул .Проектная, 4