Фотоэлектрический преобразователь перемещений

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения перемещений с помощью фотопотенциометров. Цель изобретения - повыщение точности измерений за счет устранения случайных погрещностей, обусловленных неоднородностью проводимости фотопроводящего слоя. Коммутационный блок 8 имеет возможность соединять с вторым выводом 21 первого фотопотенциометра 11 как первый вывод 22 второго фотопотенциометра 12, так и второй его вывод 23. Дифференциальный фотоприемник 3 при этом включен одновременно в первую и вторую мостовые схемы 4 и 6 измерения одновременно . Такое включение фотопотенциометров 11, 12 в мостовую схему 4 измерения позволяет сравнивать их характеристики и учитывать относительные неоднородности проводимости фотопроводящего слоя фотопотенциометров в момент преобразования положения теневой маски 2. 3 ил. (Л со ел ГчЭ со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК д п 4 б 01 В 21/00 фр

Е ) > /

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ.л

/ ../

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,:-:::- .;;,:,, ))/

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3953826/24-28 (22) 11.09.85 (46) 23.07.87. Бюл. № 27 (72) В. Б. Кудрявцев, В. Б. Титов и Н. И. Зуев (53) 531.7.717 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 868356, кл. G Ol В 21/00, 1980. (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения перемещений с помощью фотопотенциометров. Цель изобретения повышение точности измерений за сче-. устранения случайных погрешностей, обусловлен„„SU„„1325299 д ) ных неоднородностью проводимости фотопроводящего слоя. Коммутационный блок 8 имеет возможность соединять с вторым выводом 21 первого фотопотенциометра 11 как первый вывод 22 второго фотопотенциометра 12, так и второй его вывод 23. г(ифференциальный фотоприемник 3 при этом включен одновременно в первую и вторую мостовые схемы 4 и 6 измерения одновременно. Такое включение фотопотенциометров

11, 12 в мостовую схему 4 измерения позволяет сравнивать их характеристики и учитывать относительные неоднородности проводимости фотопроводящего слоя фотопотенциометров в момент преобразования положения теневой маски 2. 3 ил.

1325299

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения переме(цений с помощью фотопотенциометров.

Цель изобретения — повышение точности измерений за счет устранения случайных погрешностей, обусловленных неоднородностью проводимости фотопроводящего слоя фотопотенциометра.

На фиг. 1 изображена схема фотоэлектрического преобразователя перемещений; на фиг. 2 — принципиальная схема фотоэлектрического преобразователя перемещений при измерении перемещений по одной из осей координат; на фиг, 3 — — то же, при проведении коррекции значений выходного сигнала.

Фотоэлектрический преобразователь содержит источник 1 света, последовательно установленные по ходу светового луча теневую маску 2, связываему(0 с перемещак>п(пмся объектом, дифференциальный фотоприемник 3, включенный в первую мостовую схему 4 измерения с цифровым вольтметром 5 в измерительной диагонали и во вторую мостовую схему 6 измерения с цифровым вольтметром 7 в измерительной диагонали, и коммутационный блок 8.

Теневая маска 2 содержит равновеликие первый и второй прозрачные участки 9 и 10, выполненные симметричными относительно плоскости, перпендикулярной оси чувствительности дифференциального фотоприемника 3, и имеющие форму прямоугольников.

Дифференциальный фотоприемник 3 выполнен в виде двух фотопотенциометров 11 и

12. Первый фотопотенциометр 11 оптически связан с первым прозрачным участком 9, второй фогопотенциометр 12 оптически связан с вторым прозрачным участком 10.

Каждый из фотопотенциометров 1 и 12 имеет нанесенные на диэлектрическу(о (10;l,— ложку 13 резистивные слои 14 и 15 и коллекторы 16 и 7, между которыми расположены фотопроводящие слои 18 и 19. РезистивHbIH слой !4 первого фотопотенциометра 11 имеет выводы 20 и 21, а резистивный слой 15 второгO фотопотенциомегра 12 имеет выводы 22 и 23.

l lа фотопроводя1цие слои 14 II 5 пср(3(3I (3 и нгорогO фотопотенциометров 11 и 12 спроещ(р013аны первый и второй прозрачные у шсгкн 9 и !О теневой маски 2 соответстl3(llllo, Ilp(. (ст((вляюп(ие собой световые (3011ды 24 и 25.

Коллекторы 16 и 17 фотопотенциометров !! и 12 соединены с вольтметром 5.

Коммута (ионный блок 8 имеет два состояния и обеспечивает вклк>чение каж.(010 из (вух фотопотенциом(тров 11 и 12 диффер(нциальног0 фотоприемника 3 в одно из плеч мостовой схемы 4 измерения. Первый фотопотенциометр 11 включен и мостовую схему

4 измерения в качестве первого рабочего плеча, второй потенциометр 12 — в качестве второго рабочего плеча, 5 !

О

ЗО

В первом состоянии вывод 21 фотопотенциометра 11 соединен с выводом 22 фотопотенциометра 12 (фиг. 2). Во втором состоянии вывод 21 фотопотенциометра 11 соединен с выводом 23 фотопотенциометра 12 (фиг. 3). Во вторую мостовую схему 6 измерения дифференциальный фотоприемник 3 включен постоянно в первое рабочее плечо (фиг. 2 и 3).

Преобразователь работает следующим образом.

Для преобразования однокоординатных перемещений теневой маски 2 вдоль оси чувствительности дифференциального фотоприемника 3 коммутационный блок 8 должен находиться в первом состоянии. В этом слу«ае первый и второй фотопотенциометры

11 и 12 дифференциального фотоприемника оказываются вклк>ченными в мостовую схему 4 измерения в качестве переменных резисторов 26 и 27 соответственно.

Ток по первому фотопотенциометру 11 протекает от вывода 20 по резистивному слою

14 до точки попадания светового зонда 24 на фотопроводя(ций слой 18, откуда через фотопроводящий мостик поступает на коллектор 16, доходит до фотопроводящего мостика в точке попадания светового зонда 25 на фотопроводящий слой 19, снова поступает на резистивный слой 15, течет до вывода 23 и далее в мостовую схему 4 измерения. Таким образом, участок резистивного слоя 14 первого фотопотенциометра 11 от точки попадания светового зонда 24 до вывода 21 и участок резистивного слоя 15 второ-:о фотопотенциометра 12 от точки попадания светового зонда 25 до вывода 23 оказывак1тся зашунтированными через сравнительно низкоомные фотопроводящие мостики и коллекторы 15 и 17. При перемещении теневой маски 2 изменяются длина шунтирусмых участков резистивных слоев 14 и 5, чтÎ приводит к одновременному разнонаправленному изменению на одинаковую величину сопротивлений 26 и 27 (фиг. 2) и, соответственно, выходного напряжения мостовой схемы 4 измерения.

Для определения наличия под световыми зондами 24 и 25 относительной неоднородности (Poro(ip0130a»voce(I фотопроводящих слоев 18 и !9 и введения коррекции в значение выходного сигнала мостовой схемы

4 измерения при преобразовании переме1ц(ний, коммутационный блок 8 должен нахОдиться БО 13TO!10iM (.ОстОянии. В этОм состоянии показания цифрового вольтметра 7 не используются. Во время переключения сне.l овой зонд Il(перемещается.

В этом случае первый и второй фотопотенциомстры 1 и 12 оказь1(3акттся включенными в мостовую схему 4 измерения в качестве двух переменных резисторов 26 и

27 ((риг. 3). 111унтирование резистивного слоя !4 первого фотопотенциометра 11 осуществляется аналогично. Резистивный слой! >2г >О(4 (Р,, 1),,„

--Л)+

>м»

50!. — +1. ()

1. (у„U — -4, 4)() в=2 -4--"- — и, Р!+! з

15 второго фотопотенциометра 12 шунтируется от точки попадания светового зонда

25 на фотопроводящий слой 19 до вывода

22, При перемещении теневой маски 2 изменяется длина шунтируемых участков резистивных слоев 14 и 15, что приводит к одновременному однона!)равленному изменению на одинаковую величину сопротивлений

26 и 27. При этом коэффициент симметрии мостовой схемы 4 останется таким же, как и при первом положении коммутационного блока 8. Если значение выходного напряжения вольтметра 5 изменяется, то это свидетельствует о наличии относительной неоднородности фотопроводи мости. Неоднородная фотопроводимость в пределах ширины зондовых областей 24 и 25 приводит к несовпадениям геометрического и электрического центров зонда.

Это проявляется через изменение относительных сопротивлений рабочих плеч мостовой схемы л = лК/R, где ь R — часть сопротивления резистивного слоя, заключенная между геометрическим и электрическим центрами зонда; R — сопротивление резистивного слоя.

Для наиболее полного устранения влияния погрешностей на конечный результат измерений должно быть одновременно реализовано не менее трех уравнений, связывающих неизвестные 1,,/х2, и входную величину х (t) . Входной величиной является относительное изменение сопротивле!!ий плеч мостовой схемы (в)в.) = x(t)

Рассматривая режим работы измерительного преобразователя, соответствующего питанию мостовой схемы от источника напряжения и работе на схему с большим входным сопротивлением, имеем функцию преобразования следующего вида:

U (Hi+ H>) (Р+1) (Р+1+Ре) — е>) (1) где (1„-- напряжение источника питания мостовой схемы;

P - коэффициент симметрии моста; е), е> — — относительные изменения сопротивлений плеч мостовой схемы по) действием входной величины х(!);

U .. -- напряжение в измерительной диагонали мостовой схемы.

Как следует из выражения (1), в первом состоянии коммутационного блока 8 функция преобразования мостовой схемы 4 эквивалентна линейному алгебраическому уравнению (1 — V Р ) i+(1-+i>;) +(1 — Vii" ) Л!+

+(1+у )) A>= (!+Pi)х".i, (2) где «1= е>= е; — — IIOI((I Hei i i i) H 1(!) ф РОВО ГО ВО, 11> L)(> j) ".

Р > — коэффп l!!1" i! г i !! х! ме! рllп м О(. Г()I (>I> схемы 4 пзм ",>(1!ия.

Функция !11.(ОЙ;)а: Оl);!1)!)я м((")ов(> мы 6 измерения H 1)срвом со(тоянпи

5 тационного блока 8:О >!.всзствхет (1)х як,„!.! преобразован!!я мостовой схемы ((),п)им рабочим п.>I(÷o>) Вели )ина;" 1)HH!IH н,,:( вследствие îдно))а)!равлепного !>Орех)с)це)1:!я зондов на одинаковую величину. Отцов!!т(л!.10 ное изменение ((>lip(>TIIHле)!ия рабо и)О )печа равно 1--,з.

Как следует пз (1)

ОР>, ) - x)

) Р +) P -)+7 тъ -D;» (,)) 15 что эквивалентно уравненпlo

20 где у — — показания цифрового,> вольтмг)р();

Р— коэффицпснг с);мметрии х)остовой схемы 6 измор(ния;

Р— 1

Р> ).:

Функция пр(Ооразования мостовои;хомы 4 измерения во втором состоянп;1 к(,»вЂ” мутацпон ного блок;. 8 соответств) (т ф):: .— ции преобразования мостовой схемы " дв мя рабочими плечами вследствие Гч)зll()i!,30 правленного персмс, .сник зо!!.)ов. Ит:)ос!1тельное пзмененп(сопротив, . I!)I)I !)срвог( рабочего .печа рав);О .",1, а вi;!ji;);(Как следхет !!H (! i (.. Рi >х)—

Р)-)- !э + j —,Р),,)+ 3 (! ) где ) i — и О к а 3 а .1 и я 1111 ф р О в О ((> в О, i 1> т и (* р; )

>>, ЧТО ЭКВ)1 на,1) Il f)!(> \ Р<)н ll(>I!111, (1--Р)х .,)) QI — — (1+) .,;) > х = — (! — .1 ) ) >,,(6) 40,, (Р) где у 1=

В р Г 3 у, 1 1> T !i T (р I I (> 11 ! я с ): с г (х! 1>! 3 1) )! Ii i i ( ний (2), (4), (6) Il(),)у )ено вы;)" жс!)и(45, (1---Р)1 ),;) Г CP +!, у, Г(Р +1) i )

+ (1 (Р +! ) )х Р (Р

КОтОрОЕ Прп 1 1 !,=- ЭКВИВапс Н).Н() ВЫ55 ра жени к>!

:- : ? j(\

Формула изобретения

Фиг 2 (.остин ителв В. 1ик

1 ехр(д И. Верее Коррекг

ВНИИ!1И ос) даре

5 (Ра-+- 1) У

l ., 11+1) i --U) HI«I I »бразом, }3}(Jllo I(HH(. (f)oT()llo1(.liHHo»I(. р()и 1 и 12 дифференциального фотоприемника 3 в мостовые схемы 4 и 6 позволяет сравнивать их характеристики и учитывать относительные неоднородности в момент преобразования положения теневой маски 2.

Фотоэлектрический преобразователь перемещений, содержа}ций источник света, последовательно установленные по ходу светового потока теневую маску с первым и вторым равновеликими прозрачными участками и дифференциальный фотоприемник, первую мостовую схему измерения, коммутационный блок, прозрачные участки теневой маски выполнены симметрично относительно плоскости, перпендикулярнои оси чувствительности дифференциального фотоI: ))}ем}}ика, <)! !!?: i ? ...(и чт<) г ?

i l () I3 I i I I l (е I! H H т О < I i l () (. I I, i i i .: (i ) (.. l H H, <) }? С } I H t) )I((i !

3 I О!)01) мос )0BoH с хе)1() }1 из мере}IH В, на?} ().!o нервов() рабо к го плеча первой мостовой схемы соединено с началом рабочего плеча второй мостовой схемы, концы второго рабочего плеча первой мостовой схемы и смежного рабочему плечу измерительного плеча второй мостовой схемы объединены, дифференциальный фотоприемник выполнен в виде первого и второго фотопотенциометров, которые включены в два смежных рабочих плеча первой мостовой схемы измерения в качестве переменных резисторов. вторая мостовая схема имеет одно рабочее плечо, в которое включен дифферен-!

5 циальный фотоприемник, коммутационный блок предназначен для поочередного включения во второе рабочее плечо первой мостовой схемы измерения второго потенциометра таким образом, что к измерительной диагонали второй мостовой схемы измере20 ния подключен первыи или второи выводы второго фотопотенциометра.