Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код

 

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРА .ЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий источник света, расположенный на одной оптической оси с последо ,вательно установленными светодели;тельньи4 элементом, фокусирунщей лин;3ой , оптическим фильтром, измерительным растром, индикаторным растром , объективом и фотоприемной матрицей , расположенной под углом относительно измерительного растра и соединенной с информационными входами формирователей выходных сигналов, опорные входы которых подключены непосредственно к выходу и через резистор к опорному входу буферного усилителя, расположенный Тна другой оптической оси светоделительного элемента фотоприемник, выход которо .го соединен с информационным входом буферного усилителя, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в не- ;го введены аналоговый сумматор, диф ференциатор , усилитель-ограничитель и инвертор, а формирователи выходных сигналов выполнены управляемыми, выход инвертора соединен с управляющими входами формирователей выходных сигналов, выходы фотоприемной матрицы подключены к входам аналогового сумматора, выход которого соединен через последовательно соединенные дифференциатор и усипитель-ограничитель с входом инвертора. 4: О1 О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(gg) Н 03 M 1/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИЛ,Е П.:ЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3656666/24-24 (22) 28. 10. 83 (46) 23.02.85. Бюл. В 7 (72) В.А. Пилипович, А.К. Есман, В.К. Кулешов и В.С. Поседько

;(71) Институт электроники АН Белорусской ССР (53) 681.325(088.8) . (56) 1. Патент Великобритании

У 1525049, кл. С 01 В 11/00,. 1980.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке В 3554698/24, кл..С 08 С 9/00, 1983 (прототип). (54)(57) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРА,ЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕИЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий источник света, расположенный на одной оптической оси с последовательно установленными светодели,тельным элементом, фокусирующей лин,зой, оптическим фильтром, измерительным растром, индикаторным растром, объективом и фотоприемной матрицей, расположенной под углом отно.сительно измерительного растра и сое„„Я0„„1141576 А диненной с информационными входами формирователей выходных сигналов, опорные входы которых подключены непосредственно к выходу и через резистор к опорному входу буферного усилителя, расположенный на другой оптической оси светоделительного элемента фотоприемник, выход которо.го соединен с информационным входом буферного усилителя, о т л и ч а ю— щ и.й с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены аналоговый сумматор, диф .ференциатор, усилитель-ограничитель и инвертор, а формирователи выходных сигналов выполнены управляемъ|ми, вы- ю ход инвертора соединен с управляющими входами формирователей выходных сигналов, выходы фотоприемной матрицы подключены к входам аналогового сумматора, выход которого соединен через последовательно соединенные дифференциатор и усилитель-ограничитель с входом инвертора.

1141576

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для выдачи информации в дискретном виде о линейном перемещении контролируемого объекта.

Известен фотоэлектрический преоб-. разователь перемещения в код с индикацией результата, состоящий из трех источников излучения, оптически связанных с отражательной оешет- 10 кой, набора линз и фотоприемников (1 3.

Недостатком указанного преобразоватепя является низкая точность измерения, так как он позволяет изме- 15 рять только относительное перемещение растра. Кроме того, на результат измерения значительно влияет разброс 1 темновых токов фотоприемников (неидентичное их изменение с исменением 20 температуры), нестабильность мощности излучения источников и т.д.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий источник света, расположенный на одной оптической оси с последовательно установленными светоделительным элементом. фокусирующей линзой, оптическим фильт- 30 ром, измерительным растром, индикатор. ным растром, объективом и фотоприемной матрицей, расположенной под углом относительно измерительного растра и соединенной с информационными входа- З5 ми формирователей выходных сигналов, опорные входь1 которых подключены непосредственно к выходу и через резистор к опорному входу буферного усилителя, расположенный на другой 40 оптической оси светоделительного элемента фотоприемник, выход которого соединен с информационным входом буферного усилителя (2 3.

Известный преобразователь имеет 45 недостаточную точность измерения. Это вызвано тем, что, чем больше оптический сигнал, подлежащий преобразованию в электрический,- тем вьппе достоверность считывания информации. Преоб- 50 разователем осуществляется преобразование оптических комбинационных полос полученных в результате сопряжения измерительного и индикаторного растров, в электрические сигналы. Интен- 55 сивность света в комбинационной оптической полосе максимальна в центре.

Снятие же информации при других положениях измерительного и индикаторного растров, т.е. когда интенсивность света в комбинационной полосе отлична от максимальной в центре, ведет к снижению информационной точности.

Цель изобретения - повьппение точности преобразователя, Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий источник света, расположенный на одной оптической оси -с последовательно установленными светоделительным элементом, фокусирующей линзой, оптическим фильтром, измерительным растром, индикаторным растром, объективом и фотоприемной матрицой, расположенной под углом относительно измерительного растра и соединенной с информационньпки входами формирователей выходных сигналов, опорные входы которых подключены непосредственно к выходу и через резистор к опорному входу буферного усилителя, расположенный на другой оптической оси светоделительного элемента фотопоиемник, выход которого соединен с информационным входом буферного усили" теля, введены аналоговый сумматор, дифференциатор, усилитель-ограничи-, тель и .инвертор, а формирователи выходных сигналов выполнены управляемыми, выход инвертора соединен с управляющими входами формирователей выходных сигналов, выходы фотоприемной матрицы подключены к входам .аналогового сумматора, выход которого соединен через последовательно соединенные дифференциатор и усилительограничитель с входом инвертора.

Совокупность введенных элементов и новых связей позволяет производить формирование выходных сигналов фото- . электрического преобразователя перемещения в код в момент максимальной интенсивности света на входе фотоприемной матрицы, что значительно повьппает достоверность считывания и тем самым увеличивает точность.

На чертеже представлена структурная схема преобразователя.

Преобразователь содержит источник света, светоделительный элемент 2, фокусирующую линзу Э, оптический фильтр 4, измерительный растр 5, индикаторный растр 6, объектив 7, фотоприемную матрицу 8, формирователи 9 выходных сигналов, фотоприем3 1141 ник !О, буферный усилитель 11, аналоговый сумматор 12, дифференциатор 13, усилитель-ограничитель 14, инвертор 15 °

В фотоэлектрическом преобразователе перемещения в код источник 1 света оптически связан с последовательно расположенными светоделительным элементом 2, фокусирующей линзой 3, оптическим фильтром 4, изме- 1О, рительным 5 и индикаторным 6 растра ми, объективом 7 и фотоприемной,матрицей 8, которая расположена под, углом к измерительному растру.5 и соединена с информационными входами 15 формирователей 9 выходных сигналов, а светоделительный элемент 2 оптически связан также и с фотоприемником 10, выход которого соединен с первым входом буферного усилителя 11,20 выход которого через второй вход под- ключен к опорным входам формирователей 9 выходных сигналов, информационные входы формирователей 9 выходных сигналов подключены к входам 25 аналогового сумматора 12, выход которого соединен через дифференциа,:тор 13 с входом усилителя-ограничителя 14, выход которого подключен к входу инвертора 15, а выход послед- 3б него соединен с управляющими входами формирователей 9 выходных сигналов.

Источник 1 света представляет собой серийно выпускаемую вакуумную

35 лампу накаливания, светоделительный элемент 2 — плоскопараллельную стек-. лянную пластину, оптический фильтр 3-! последовательно расположенные компен-!

;сирующий фильтр, изготовленный из фо-40 то ластинки, диафрагму диаметром

150 мкм, линзу с соответствующим фо кусным расстоянием, фокусирующая лин за 3 — стандартный оптический эле мент с соответствующим фокусныю рас- 45 стоянием. Измерительный 5 и индика торный 6 растры представляют собой периодические структуры, выполненные в виде решеток, состоящих из со;вокупности пиний нанесенных на поверх- 0 ности прозрачной стеклянной пласти1

;ны, изготовленной из стекла марки

i и обработанной по 14-му классу, точности, объектив 7 — набор линз с соответствующим фокусным расстоянием.

Ъ

Фотоприемная матрица 8 состоит из промышпенно выпускаемых приборов

576 4

ФД 21 КП, формирователи 9 выходных сигналов выполнены на операционных усилителях К 140 УД7 со стробировани. ем и схемах фильтрации питающих напряжений, фотоприемник 10 представ ляет собой фотодиод ФД25КП, вн .лченный в режиме линейного преобразования оптического сигнала в электрический, буферный усилитель t 1 выполнен на интегральной схеме К 140 УД7.

Аналоговый сумматор 12 выполнен на базе операционного усилителя

К 140 УД10, дифференциатьр 13 - на базе прецизионного операционного уси" .лителя 153 УД5, усилитель-ограничитель 14 — на базе маломощного опера- . ционного усилителя К 140 УД 12, а инвертор 15 — логический элемент HR— выполнен на биполярном транзисторе

КТ 315Â.

Преобразователь работает следующим образом.

Световой поток, создаваемый источником 1.света, разделяется в заданном отношении светоделительным эле ментом 2. Основная часть светового потока, прошедшая через фокусирующую .линзу 3, попадает на оптический фильтр 4, который создает равномерное распределение освещенности в плоскости, перпендикулярной оптической оси,. и осуществляет пространственную фильтрацию пучка света. Затем свет поступает на измерительный 5 и индикаторный 6 растры. В результате сопряжения растров 5 и 6 получается набор оптических комбинационных полос. с периодом Т, равным

Т = где d — период комбинационных растров;

Y — угол между растрами.

В случае параллельного расположе-. ния измерительного 5 и индикаторного 6 растров период оптических комбинационных полос

Т—

dtd2

41 э

Где d< - период измерительного растра 5;, Й вЂ” период индикаторного реее ра 6;

Dd d

1141576

Указанный набор полос поступает на вход объектива 7. Причем интенсив ность света оптических комбинационных полос максимальна в их центре.

Информационные оптические сигналы увеличиваются объективом 7 и проеци-. руются на фотоприемную матрицу 8.

Вторая ответвленная часть светового потока после светоделительного элемента 2 поступает на светочувстви-тельную площадку фотоприемника 10, электрический сигнал с которого, пропорциональный входному оптическому сигналу, поступает на первый вход буферного усилителя 11. Выходной сигнал буферного усилителя 11 является опорным сигналом как для самого буферного усилителя 11, так и для формирователей 9 выходных сигналов. Сигнал на управляющих входах формирователей 9 выходных сигналов, разрешающий считывание информации, появляется с выхода инвертора 15 в момент расположения максимумов интенсивности комбинационных оптических полос напротив светочувствительных площадок фотоприемной матрицы 8. Эта синхронизация осуществляется следующим образом. Электрические сигналы с выхода фотоприемной матрицы 8 поступают на входы аналогового сумматора 12. Сигнал с выхода аналогового сумматора 12 поступает на дифференциатор 13, после чего напряжение, соответствующее первой производной, 5 усиливается и ограничивается по нулевому уровню усилителем-ограничителем 14. Выходной сигнал усилителяограничителя 14 инвертируется инвертором 15 и поступает на управляющие

10 входы формирователей 9 выходных сигналов, задавая тем самым моменты считывания информации, соответствующие максимальной интенсивности входной оптической информации.

Таким образом, в предлагаемом фотоэлектрическом преобразователе перемещения в код в отличие от известного считывание (преобразование щ оптической информации в электрическую) осуществляется в моменты максимального отношения сигнал/шум на входе фотоприемной матрицы б, когда интенсивность оптической комбинацион.

25 ной полосы, максимальна в центре. В: этом случае достоверность считанной информации может достигать нескольких порядков по отношению к известному преобразователю, тем самы повызп шается точность преобразователя в целом.

1141576

Составитель Ю. Котов

Редактор В. Петраш Техред М.Кузьма

КоРРектор И. Зрдейи

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

Заказ 514/45 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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