Оптический датчик перемещений с фазовым выходом

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет устранения погрешностей, связанных с уходом параметров оптического датчика, связанных с изменением температуры, и исключения влияния изменения частоты модулирующего сигнала. Оптический датчик перемещений с фазовым выходом содержит излучатель 1 светового потока, оптический сигнал от которого поступает на опорный фотоприемник 3 и через отражающую поверхность 11 на рабочий фотоприемник 2, сигналы с выходов которых, сдвинутые по фазе на 180°, через масштабирующие звенья 5 и 6 соответственно поступают на входы сумматоров 7 и 8 и на разные обкладки фазовращающего конденсатора 10. На сумматоре 7 происходит сложение сигналов с выходов фотоприемника 2 и фотоприемника 3, сдвинутого по фазе конденсатором 10, на сумматоре 8 происходит сложение сигналов с выходов фотоприемника 3 и фотоприемника 2, сдвинутого по фазе конденсатором 10. Сигналы с выходов сумматоров 7, 8, фазы которых промодулированы перемещением поверхности 11, поступают на входы фазометра 9, с выхода которого снимается разность фаз между сигналами с выходов сумматоров 7 и 8. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (gg) g Г 01 8 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 448 1137/24-28 (22) 13.09.88 (46) 30 . 08 . 90 . 1)юл . N 32 (72) Н.Л. Конаков, Л.I3. Любомиров, Т.И..Мурашкина и М.И. Леонова (53) 53 1.7 (088.8) (56) Лвторское свидетель . тно СССР

Н 1404821, кл. Г 01 5 7/00, 1986 ° (54) Г)11ТИЧ1,"СКИ1! MT×ÈÊ 111:.Р! .М1:.11н .НИЙ

Г фЛЗОВЬ1! BblXOJ(Oi (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения повышение точности измерений за счет устранения погрешностей, связанных с уходом пар:;метров оптического датчика, связанных с изменением температуры„ и исключения влияния изменения частоты модулируюи,его сигнала. Опти-. ческий датчик перемещений с фазовым выходом содержит излучатель 1 светогого потока, оптический сигнал от ко-„„SU„: 3589056

2 т.рого поступает на опорный фотоприемник 3 и через отражающую поверхность 11 на рабочий фотоприемник 2, сигналы с выходов которых, сдвинутые по фазе на 180, через масштабирующие звенья 5 и 6 соответственно поступают на входы сумматоров 7 и 8 и íà pasные обкладки фазовращающего конденсатора 10. На сумматоре 7 происходит сложение сигналов с выходов фотоприемника 2 и фотоприемника 3, сдвинутого по ф;.зе конденсатором 10, йа сумматоре 8 происходит сложение сигналов с. выходов фотоприемника 3 и фотоприемника 2, сдвинутого по фазе конденсатором 10 Сигналы с выходов сумматоров 7 и 8, фазы которьх промодулированы перемещением поверхности 11, поступают на входы фазометра 9, с выхода которого снимается разность фаз ме»;Ió с .гналами с выходов сумматоров

7 и 8. 2 ил.

1589056

Изобретение относится к измерите-, льной технике и может быть использовано для измерения перемещений.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет устранения погрешностей, связанных с уходом параметров оптического датчика, связанных с изменением температуры и исключения влияния изменения частоты модулирующего сигнала.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого оптического датчика перемешений с фазовым выходом; на фиг. 2 — векторная диаграмма выходных сигналов датчика.

Оптический датчик перемещений с фазовым выходом содержит излучатель 1 спетого потока, рабочей фотоприемник

2, опорный фотоприемник 3, оптически 20 связанный с излучателем 1, источник

4 переменного тока, выход которого соединен с входом излучателя 1, первое и второе масштабирующие звенья 5 и 6, входы которых соединены соответ- 25 ственно с выходами фотоприемников 2 и 3, первый и второй сумматоры 7 и 8, входы которых соединены соответственно с выходами масштабирующих звеньев

5 и 6, фазометр 9, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго сумматоров 7 и 8, фазовращающий конденсатор 10, обкладки которого соединены соответственно с выходами первого и второго масштабирующих звеньев 5 и

6, рабочий фотоприемник 2 оптически связан с излучателем 1 через отражаю щую поверхность 11.

Устройство работает следующим образом.

На выходе фотоприемников 2 и 3 рабочего и опорного сигналов формируются сигналы I„ (х) и I (фиг.. 2) c . частотой, равной частоте модулирующего источника 4, сдвинутые по фазе друг о относительно друга на 180, причем сигнал I „(х) промодулирован по амплитуде в функции перемещения. Сдвиг по фазе сигналов 1,(х) и 12,на 180 обеспечивается за счет питания фотоприемников 2 и 3 постоянным напряжением разной полярности.

С выхода фотоприемника 2 синусоидальный сигнал 1 (х) поступает через масш1 55 табирующее звено 5 на вход сумматора

7 и проходит через конденсатор 10 на инверсный вход сумматора 8 (на фиг.1 показано стрелками). При прохождении я1п (180 †Hog) Внх """ cos (1

sin(180- a )

+ arctgä

I (х)

cos(180 Мо )+

2 вык разность ду двумя фаз межрезульгде сигна га 1, (х) по цепи С2-R3 (фиг. 1) на входе сумматора 8 формируется сигнал 1 (х) (фиг. 2), модулированный

7 в функции перемещения и сдвинутый по фазе относительно сигнала 1 (х) на угол более 90, но менее 180, величина которого устанавливается изменением сопротивления резистора ВЗ».

C выхода опорного фотоприемника 3 синусоидальный сигнал I 2 через масштабирующее звено 6 поступает на инверсный вход сумматора 8 и проходит через конденсатор 10 на инверсный вход. сумматора 7 (на фиг. l показано стрелками). При прохождении сигнала !2 по цепи С2-R2+ (фиг. 1) íà axîäå сумматора 7 формируется сигнал 1, (фиг.2), c, âníóòûé по фазе относительно сигнала 1. на угол более 90 но менее

180, величина которого устанавливается изменением сопротивления R2+. ,На сумматоре 7 происходит геометрическое сложение сигналов I (х) и

1

12, и на его выхоце формируется результирующий сигнап I, (Фиг. 2), фаза KoTopoI изменястся при изменении амплитуды сигнала 1,(х) в функции перемещения.

Одновременно на сумматоре 8 происходит геометрическое сложение сигналов I u T„ (x) и на его выходе форьыруетая результирующий сигнал I рез2 (фиг. 2), фаза которого изменяется в функции перемещения при изменении амплитуды сигнала 1, (х) в функции перемещения.

Фазы векторов результирующих сигналов Т. ре „ и 1 Ре с выходов суммато-ров 7 и 8 изменяются в противоположных направлениях, и разность фаз между этими сигналами измеряется фазометром 9, с выхода которого снимается зависимость разности фаз между двумя результирующими сигналами от изме- ряемого перемещения „ = f(x), определяемая выражением

Таким образом, за счет исключения

t влияния изменения фазовых углов ц/

О1 > величины модулирующего сигнаЛа и св".тсвсго потока изчучателя на разность фяэ между результирующими сигнала аи а/2, уменьшается температурВЬ/и а.ая r:.oãðåøíooòü измерений.

5 158905Ь 6 тирующими сигна- ры параметров резисторов R2/ и КЗ1 ничлами; з; жн= мал вследствие ьысокой темпера, у — углы. сдвига фяэ турнсй стабильности серийно изготавмеяду сигналами ливяемых Реэис fopoB например типа

Е (х) (б, то это приводит и к уменьше/ \

1„(г..j, Е (х) со-:/-,0 фазового угла (/„2(на величину ответственно; прибли".Hòåëüíî равную уменьшению Ьаг

I,(х), I, .х) — модулированные по зового угла аа/„,), и вектор сигнала

/ амплитуде в функ- 10 I z "pHближается к вектору сигнала пии перемещения После геометрического сложения сигналы, сдвину- векторов сигналов I (х) и Е I H

1 2 1 2 тые по фазе друг. I, (х) (с уменьшенными углами qo, и относительно дру- между ними от воздействия темпе/ га на угол ; 1 ратуры) Разность фаз q> между рео 6ain

I z- „— сигналы, сдвину- зультируювг1ж сигналами остается не-. тые по фазе друг из 1ененной, так как векторы результиотносительно ДРУ- РуюЩих сигналов I p з 1 и Е рея после

- реэ2 га на угол суммирования изменяют свое фазовое поСказанное поясняется векторной 20 лсженпе (поворачивается) в одном надияграммсй выходных сигналбв (фиг.2), правлении. где индексом К обозначены выходные Температурный уход собственных пасигнялы оптического датчика, ссответ- ряметров излучателя 1 светового потоствующие концу диапазона измерения, ка и источника 4 модулирующего сигнабеэ индекса — сигналы, соответствую- 25 ля в гредлягяемом оптическом датчике щие текущему значению измеряемого пе- не оказывает влияния на разность фаз ремещения. 1,„,„между результирующими сигналами

Выбором необходимых фазовых углов I „и I e32 Это объясняется следуюи 1/ с помощью резисторов Р2* и . шим образом. При изменении от воздейсВ.З+ и соотношений сигналов твин температуры, например, сигнала

U,,." выхода источника 4 модулирующеа о сигналя или величины излучаемого све2 2 рующих звеньев 5 и б обеспечивается тсэсго потока в стоРонУ УвеличениЯ оптимальная линейность выходной ха- -х ° в 2ю НВ рактеристики оптическогс датчика с Зс нутые относительно них по фаз сигнат/ / фазсвым выходом. лы,, (x) H Iz c BbfxoPQB фотопРием1

H3 Bb/pBEpHHR (1) cJIepует, vITo тем- ников 2 H э QTpBxeHHoFO H пературная стабильность датчика перемещении определяется температурнои ста11 (х) I „(х) и ", входящие в выражение бильностью фазовых Углов Vp,, y, и отноше- 1О -2 2 (1)., остаются практически неизменнынием сигналов

I (х) I,,(х)

Необ- ми, и разность фаз между результируюI

-z z шаа ми сигналами с остается неизмен- ходимые фазовые углы 1а, и ц/ обес1 /а2 ной.

ВВ11 печивяются общим реактивным элементом

45 (конденсатором 10), что позволяет уменьшить температурную потребность измерений. Это объясняется следуюшим образом. При изменении от воздействия темепратуры, например, фазового угла

/1/ в сторону уменьшения его величио/ ны эя счет температурного ухода параметрсн фязосдвигающего реактивного элемента (10) вектор сигнала I (х) Повышение помехоустойчивости от приближается к вектору сигнала I (х) воздействия электромагнитных наводок

55 ,фи а, 1,сигнал помехи).по целям питания от

Тяк кяк фазовые углы g и у за- источника 4 сикусиодальноао тока до изО1 о2 даются одним фазосдвигающим реактив- лучателя 1 светового . потока а также

У ным элементом 10 (уход от температу- повышение помехоустойчивости при из«

7 !589056 8

Фие. Z

Составитель С. Кожохов

Редактор Т. Парфенова Техред 1.Сердюкова Корректор "I. Бескид

Заказ 2531 Тираж 486 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР !

13035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент, г.ужгород, ул. Гагарина,10! менении выходньгх т>араметров источника 4 синусоидального тока обеспечивается вследствие того, что модули сиг— алов Т (х) I2 H II (х) г

5 при этом пропорциональные приращения, поэтому отношения сигналов

11(х) Т 2 (х) — — — и, входящие в >ыраже2, ние (1), остаются неизменными и I îýòî--!П му сигнал помехи (шум) компенсируется ° При изменении частоты источника

4 синусоидального тока фазовые углы

>>20, и >>>,2изменя>отся на одинаковую величину (фиг. 2), так как они задают-!5 ся одним реактивным элементом (1О).

Поэтому векторы результирующих сигналов 1 рею> и Т РВз 2 !оворачивяются в одном. направлении и разность фа:1 между результирую>цими сигналами (p ос8ых тается неизменной, т.е. исключается влияние изменения частоты модулирующего cIII нала на результаты измерений.

Ф î p M y JI а и 1 о б р е т е н и я

01>тический датчик перемещений с фазовым выходом, содержащий оптически связанные излучатель светового потока, рабочий и опорный фотоприемники, два масштабирующих звена, два сумматора,, источник переменного тока, выход которого соединен с входом излучателя, фазометр, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами пер>>ого и второго сумматоров, вход>.1 которых соединены соответственно с выхо. ами первого и второго масштабирующих з>>еньев, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью 1>овьцце»1>я точ>>ост>1 измерений, о >1 с на t) iKе и фа!I о нра!цап)11>им е о>1де » с с1то ром, обкладки которого соеди!«ны соответствен»о с вblxодаMH первого и Bто рого масц>табирую>1ц>х звеньев, входы которых соед>;»сны со1 тветственно с выходами рабочего и опорного фотоприемников.