Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для цифрового измерения линейных перемещений. Целью изобретения является повышение точности, расширение диапазона измерений и линеаризация выходной характеристики преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий источник 1 излучения, щелевую диафрагму 2, фотоприемники 3, 4, суммирующий усилитель 5, резисторный делитель 6 напряжения, компараторы 7-9, усилитель 10 постоянного тока и дешифратор 11, дополнительно между источником излучения и фотоприемниками введен волоконно-оптический преобразователь, выполненный в виде двух пакетов световодов 13, 14, входные торцы 15, 16 которых уложены в плоскость, перпендикулярную направлению излучения, и образуют прямоугольный экран, а выходные торцы 17, 18 в соответствии с укладкой входных торцов 15, 16 собраны в два пучка и через соответствующие оптические системы 19, 20 сопряжены с фотоприемниками 3, 4. Кроме того, диафрагма 2 жестко связана с источником 1 излучения и имеет щель шириной, равной шагу квантования преобразователя. При этом распределение световодов в волоконно-оптическом преобразователе на два пакета осуществлено по закону обратной нелинейной световой характеристики фотоприемников 3, 4. Освещаемая входным лучом минимальная площадь для каждого пакета световодов определяется из соотношения S<SB POS="POST">мин</SB>=(β√U<SP POS="POST">2</SP>M)/(Τ<SB POS="POST">0</SB>γ<SB POS="POST">C</SB><SP POS="POST">.</SP>E<SB POS="POST">N</SB>), где β - отношение сигнал/шум фотоприемников 3, 4, U<SB POS="POST">M</SB> - среднее квадратичное значение шума, Τ<SB POS="POST">0</SB> - коэффициент пропускания волоконно-оптического преобразователя, γ<SB POS="POST">с</SB> - чувствительность по напряжению, E<SB POS="POST">N</SB> - пороговая освещенность фотоприемников 3,4. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„494217

А1 (51)4 Н 03 М 1 30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4348701/24-24 (22) 25.12.87 (46) 15.07.89, Бюл. М - 26 (71) Уфимский авиационный институт им, Серго Орджоникидзе (72) Н.И.Гиниятуллин, 3.М.Хасанов, Н.В.Гурьянова и P,К.Сабиров (53) 681.325(088 ° 8) (56) Домрачев В.Г., Матвеевский В,Р.

Схемотехника цифровых преобразователей перемещений. — M. Энергоатомиздат, 1987, с. 28-31, Авторское свидетельство СССР

У 1080 178, кл. Н 03 М 1/30, 1982.

2 (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для цифрового измерения линейных перемещений.

Целью изобретения является повьппение точности, расширение диапазона измерений и линеаризация выходной характеристики преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий источ1494217 и

О ник 1 излучения, щелевую диафрагму

2, фотоприемники 3,4, суммирующий усилитель 5, резисторный делитель 6 напряжения компараторы 7-9 усилий 1

5 тель 10 постоянного тока и дешифратор 11, дополнительно между источником излучения и фотоприемниками введен волоконно-оптический преобразователь, выполненный в виде двух паке- 10 тов световодов 13,14, входные торцы

15,16 которых уложены в плоскость, периендикулярную направлению излучению, и образуют прямоугольный эк.-ран, а выходные торцы 17,18 в соот- ветствии с укладкой входных торцов

15,16 собраны в два пучка и через соответствующие оптические системы

19,20 сопряжены с фотоприемниками

3,4. Кроме того, диафрагма 2 жестко связана с источником 1 излучения

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для цифрового измерения линейных перемещений, Цель изобретения — повышение тач- 30 ности, расширение диапазона измерения перемещения, а также линеаризация выходной характеристики преобразователя, Важнейшим параметром работы фотоэлектрического преобразователя перемещения в код является разрешающая способность, которая ограничена, во-первых, такими параметрами фото-, приемников, как величина отношения 40 сигйал/шум, среднее квадратическое значение шума, пороговая и интегральная чувствительность, во-вторых, такими параметрами волоконно-оптического преобразователя, как площадь 45 чувствительного слоя и оптические свойства (коэффициенты пропускания, преломления, отражения и апертурный угол), Разрешающая способность однозначно определяет младший разряд

50 преобразователя, тогда минимальная площадь S освещаемая входным лучом, для каждого пакета световодов и "оответствующая младшему разряду определяется из соотношения: у C „

М 1 где р — отношение сигнал/шум фотоприемника; и имеет щель шириной, равной шагу квантования преобразователя, При этом ра пределение световоцов в волоконно-оптическом преобразователе на два пакета осуще твлено по закону обратной нелинейной световой характеристики фотоприемников 3,4 °

Освещаемая входным лучом минимальная площадь для каждого пакета световодов оп е еляет я иэ оотношения р С е 1 ГДЕ .Р

11 3 с п сигнал/шум фотоприемников 3,4; С „,— среднее квадратичное значение шума; кбэффициент пропу кания волоконно-оптического преобразователя; чувствительность по напряже.нию, Е „ — пороговая освещенность фотоприемников 3,4. 1 з.п. ф-лы, 1 ил ° среднее квадратичное значение шума, коэффициент пропу кания волоконно-оптиче"кого преобразователя, чувствительность по напряжению, Е „ — пороговая освещенность фотоприемника, Предлагаемая математическая зависимость позволяет выбрать для определенного типа фотоприемников оптимальную минимальную площадь д -,я младшего разряда фотопреобразователя, и наоборот, для определенной конфигурации волоконно-оптическсго преобразователя — оптимальный тип фотоприемника.

На чертеже представлена функциональная схема фотоэлектрического преобразователя перемещения в код.

Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код содержит пространственно связанный с положением объекта источник 1 излучения " щелевой диафрагмой 2, фотоприемники 3 и 4, суммирующий у илитель 5, реэисторный делитель 6 напряжения, и компараторов 7-9, усилитель 10 постоянного тока, дешифратор 11, (и+1.1-й компаратор 12, волоконно-оптический преобразователь, остоящий из двух

I пакетов световодов 13 и 14, входные торцы 15 и 16 которых уложены

1494217 в плоскости, перпендикулярной направлению излучения, и образуют прямоугольный экран, а выходные торцы 17 и 18 в соответствии с укладкой входных торцов 15 и 16 собраны в два пуч5 ка и через соответ твующие оптические системы 19 и 20 (в конкретном исполнении через соответствующие фокусирующие наборы линз) сопряжены с фотоприемниками 3 и 4, Иэображение диафрагмы 2 в плоско ти входных торцов 15 и 16 образует прямоугольную световую полоску 2 1.

Преобразователь работает следую— щим 9>бразом °

Параллельнь"» световой поток, формируемый источником 1 излучения, проходя через щелевую диафрагму 2, ширина которой равна шагу квантования преобразователя перемещения в код, образует на поверхности входных торцов 15 и 16 перемещающуюся световую полоску 21, которая засвечивает некоторые входные торцы как в пакете

13 световодов, так и в пакете 14 световодов.

Для линеаризации выходной характеристики разделение световодов в волоконно-оптическом преобразователе на две части осуществлено по закону обратной нелинейной световой характеристики фотоприемников 3 и 4. За счет такого выполнения волоконнооптического преобразователя световая полоска 21 засвечивает неодинаковое количество входных торцов 15 пакета

13 световодов и входных торцов 16 пакета 14 световодов. При движении световой полоски 2 1 площадь засветки 4О (количество) одних входных торцов (например, входных торцов 15 пакета

13 световодов) уменьшается, а других (входных торцов 16 пакета 14 световодов) увеличивается, В соответствии 45 с этим изменяет я оптическая мощность на выходах ойтических систем

19 и 20 (фокусирующих линз), которые преобразуют цифровой оптический сигнал в аналоговый, и изменяются значения фототоков на выходах фотоприемников 3 и 4, Таким образом, световой поток в виде узкой прямоугольной полоски 21 с четкими границами сканирует по входным торцам 15 и 16 волоконно-оптического преобразователя, далее поток излучения, разделенный на два канала, преобразуется в оптических системах 19 и 20 в пропорциональные оптические аналоговые сигналы и проходит на фотоприемники 3 и

4. При перемещении полоски 2 1 с одного края волоконно-оптического преобразователя на другой суммарный фото.ток двух фотоприемников 3 и 4 остается постоянным. Ширина световой полоски 2 1 (ширина щели диафрагмы 2) выбирается равной шагу квантования преобразователя, а длина выбирается с учетом чувствительности фотоприемников 3 и 4 излучения равной суммарной ширине входных торцов 15 и 16 волоконно-оптического преобразователя, что ведет к постоянству величины напряжения на выходе суммирующего усилителя 5, Благодаря незначительной толщине световодов удается получить высокую дискретность в измерении.

Для повышения разрешающей способности преобразователя компараторы

7-9 работают в режиме с минимально возможным гистерезисом. Коэффициенты усиления суммирующего усилителя 5 и усилителя 10 постоянного тока выбираются такими, что при полной эасветке фотоприемника 3 напряжения на их выходах равны между собой и равны

U . Выходной код снимается с выходов дешнфратора 11.

Фор мул аиэобретени я

1. Фотоэлектриче кий преобразователь перемещения в код, содержащий источник излучения, щелевую диафрагму, два фотоприемника, выход первого иэ которых соединен первым входом суммирующего усилителя и входом усилителя постоянного тока, выход которого соединен с первыми входамИ и компараторов (где n — разрядность преобразователя), выход второго фотоприемника соединен с вторым входом суммирующего усилителя, выход которого соединен с первым входом резисторного делителя напряжения и входом (и+1)-го компаратора, выход которого соединен с управляющим входом дешифратора, второй вход резисторного делителя напряжения подключен к шине нулевого потенциала, а выходы соединены с вторыми входами соответствующих и компараторов, выходы которых соединены с соответствующими информационными входами дешифратора, выходы которого являются выходами преобразователя, о т л и—

1494217

Составитель С.Рыбаков

Редактор Л.Пчолинская Техред М.Дидык Корректор М. Мак симишил ец

Заказ 4130/56 Тираж 884 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений преобразователя, в него введены две оптические системы и волоконно-оптический преобразователь, выполненный в виде двух пакетов световодов, а щелевая диафрагма жестко соединена с источником излучения, волоконно-оптический преобразователь установлен перед диафрагмой, входные торцы световодов обоих пакетов уложены в плоскости перемещения и образуют прямоугольный экран, обращенный в сторону диафрагмы, а выходные торцы световодов каждого пакета через соответствующую оптическую систему оптически связаны

5 . с соответствующим фотоприемников.

2. Преобразователь пр п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью линеариэации выходной характеристики преобразователя, входные торцы световодов волоконно-оптического преобразователя распределены между пакетами вдоль направления перемещения по закону обратной нелинейной световой характеристики фотоприем5 никове