Фотоэлектрический преобразователь перемещения

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет исключения погрешности , обусловленной неравенством амплитуд фототоков в измерительных каналах и неравенством положительной и отрицательной полуволн в фототоках каждого из каналов, и повышение быстродействия преобразователя за счет уменьшения постоянной времени . С целью повышения быстродействия и точности измерения в предлагаемом техническом решении обеспечивается выравнивание сигналов фотоприемников за счет согласования токов питания излучателей, т.е. выравнивание величин положительной и отрицательной полуволн выходного сигнала одного канала осуществляется путем перераспределения тока источника постоянного тока 17 между источниками 1 и 2 с помощью потенциометра 13, а 3 и 4 - с помощью потенциометра 14. Амплитуды выходных сигналов каналов выравниваются между собой путем ограничения суммарного тока каждой пары источников с помощью резисторов 15 и 16. 1 ил. сл С vj СЛ 00 -N СА О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВEHHblA КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (л

ОС

Ф ,Ю

Ic) ! ! ъ

I (21) 4342042/28 (22) 10.12.87 (46) 30.08.92.. Бюл. № 32 (71) Научно-исследовательский институт технологии машиностроения (72) А.В.Егоров, Л.В.Михайлов и В,С,Московский (56) Техническое описание преобразователя измерительного круговых перемещений, тип BE-17SA.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1693372, кл. G 01 В 11/26, 1987. (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, Целью изобретения является повышение точности измерения за счет исключения погрешности, обусловленной неравенством амплитуд фототоков в измерительных каналах и нера5Ы 1758430 А1 (5И5 G 01 В 21/00

,3„,Ь, ) венством положительной и отрицательной полуволн в фототоках каждого из каналов, и повышение быстродействия преобразователя за счет уменьшения постоянной времени. С целью повышения быстродействия и точности измерения в предлагаемом техническом решении обеспечивается выравнивание сигналов фотоприемников за счет согласования токов питания излучателей, т.е. выравнивание величин положительной и отрицательной полуволн выходного сигнала одного канала осуществляется путем пе.рераспределения тока источника постоянного тока 17 между источниками 1 и

2 с помощью потенциометра 13, а 3 и 4 — с помощью потенциометра 14. Амплитуды выходных сигналов каналов выравниваются межд„собой путем ограничения суммарного тока каждой пары источников с помощью резисторов 15 и 16. 1 ил.

1758430

Fj0

Изобретенйе относится к контрольноизмерительной технике, а именно к системам автоматического контроля неэлектрических величин. и может быть использовано для преобразования угловых или линейных перемещений различных абьектов в дискретный электрический сигнал, например, в устройствах числового программного управления станками, Известно устройство измерения перемещения, использующее выравнивание каналов с помощью ограничивающих шторок, изменяющих поток облучения растрового сопряжения и выравнивание считываемых сигналов (отрицательной и положительной полуволн), осуществляемое регулироночиым резистором в цепи одного из фотоприемников, и содержащее установленные последовательна источник излучения, оптическую систему, шторки, растровое сопряжение, четыре фотоприемника и два канала обработки сигнала с усилителями и регулировочными резисторами в каждом.

Недостатками этого устройства измерения являются, ограниченное быстродействие и зависимость точности измерения от скорости считывания информации. Эти недостатки обусловлены тем, что включение фотоприемников не обеспечивает режима, близкого к короткому замыканию. Введение регулировочного резистора приводит к разности постоянных времени цепей, образующих отрицательную и положительную полунолны и, следовательно, к частотно-зависимым искажениям формы сигнала и фазовому сдвигу между выходными квадратуриыми сигналами. Введение ограничивающей шторки искажает равномерность засветки рабочей зоны растрового сопряжения и также приводит к искажению формы считываемого сигнала, В результате этих воздействий в преобразователе ВЕ178А при увеличении скорости считывания от 50 до 100;> номинальной фазовый угол между выходными сигналами двух каналов изменяется вдвое.

Известен также фотоэлектрический преобразователь, который является наиболее близким к предложенному по технической сущности, в котором использованы два источника излучения, нключениые по балансовой схеме для регулирования мощности излучения; каждый источник излучения через отдельную зону растрового сопряжения оптически связан с двумя фотоприемниками; относительный сдвиг между зонами растров — 1/4 шага растр; фотоприемники первой эоны соединены параллельно, а фотоприемники второй зоны — встречно, обе группы фотоприемников подключены к электронному блоку, формиру ощему два квадратурных выходных сигнала.

Недостатки данного преобразователя: фототок параллельно вклокоченных фотоприемников имеет постоянную составляющую; фототок встречно включенных фотоприемников не имеет постоянной составляющей только при идентичности параметров элементов двух каналов; обеспечение требуемого фазового сдвига (90 ) между выходными сигналами электронного блока достигается за счет разбалансировки амплитуды фототокон двух каналов путем изменения мощности излучения.

Известно, что наличие постоянной состанляющей в сигнале фототока приводит к температурным, нремеииым и другим дрейфам сигнала, а следовательно, к снижению точности устройства, Этот основополагающий принцип построения фотоэлектрических преобразователей нарушен.

Введение разбалансировки между каналами влияет иа стабильность точности параметров устройства под воздействием внешних условий, Цель изобретения — повышение точности измерения за счет исключения погрешности, обусловленной неравенством амплитуд фототокон в измерительных каналах и неравенством положительной и отрицательной полуволи в фототоках ка>кдого из каналов, повышение быстродействия преобразователя за счет уменьшения постоянной времени.

Поставленная цель достигается за счет того, чта фотоэлектрический преобразователь перемещений, содержащий регулируемый потенциометр, два источника излучения, соединенные по балансной схеме через регулируемый потенциоглетр, последовательно установленные по ходу пучка излучения измерительный растр, выполненный н виде равномерно нанесенных штрихов, индикаторный растр, выполненный в ниде групп равномерно нанесенных штрихов. четыре фотоприемника и электронное устройство, снабжен вторым регулировочным потенциометрам, двумя ограничивающими резисторами, второй парой источников излучения, соединенных по балансной схеме через соответствующий регулировочиый потенциоглетр, каждая пара источников излучения соединена с шиной питания через соответствующий ограничивающий резистор, каждый излучатель оптически связан с соответствующим фотоприемником, электронное устройство выполнено н виде двух усилителей-ограничителей, относительный сдвиг между фотоприемниками соответствует расположению

1758430 групп штрихов индикаторного растра и равен 1/4 шага штрихов, фотоприемники сгруппированы попарно, в каждой паре фотоприемники с относительным сдвигом в

1/2 шага штрихов включены встречно и подключены к входу соответствующего усилителя-ограничителя.

На чертеже представлена схема преобразователя перемещения.

Фотоэлектрический преобразователь перемещения содержит источники 1-4 излучений, подвижный измерительный растр

5, неподвижный индикаторный растр 6, фотоприемники 7 — 10, электронное устройство в виде усилителей-ограничителей 11 и 12, регулировочные потенциометры 13 и 14, ot.раничивающие резисторы 15 и 16, источник

17 постоянного тока.

Источники излучения сгруппированы попарно (1, 2 и 3, 4) в два канаЛа (записываются источником 17 постоянного тока через ограничительные резисторы 15, 16 и регулировочные потенциометры 13, 14). Каждый излучатель оптически связан с соответствующим фотоприемником. Относительный сдвиг фотоприемников в каналах определен зонами сопряжения растров 5, 6. Зоны сопряжения растров выполнены так, что относительный сдвиг между фотоприемниками 7 и 8 (аналогично между фотоприемниками 9 и 10) составляет половину шага растра, а относительный сдвиг между фотоприемниками 7 и 9 — одну четверть шага растра.

Фотоприемники 7, 8 каждого канала (аналогично 9, 10) соединены встречно и подключены к входу усилителя-ограничителя 11 (аналогично 1 2).

Фотоэлектрический преобразователь работает следующим образом.

При перемещении измерительного растра 5 относительно индикаторного растра 6 происходит амплитудная модуляция четырех независимых потоков излучения, образованных излучателями, попадающих на фотоприемники. С выходов фотоприемников 7 — 10 снимают сигналы 1), 12, 1з и 14, равные соответственно:

l t = Ао+ A1sln0

l2 = A0- Аз1п 0

1з = Ао+ АзсозО

14 = Ао - Алсо В О где Ao — постоянная составляющая фотоэлектрического сигнала;

А1.„А4 — соответствующие амплитудные коэффициенты;

f(0 ) — закон пропускания растрового сопряжения.

Поскольку фотоприемники каждого канала включены встречно, то постоянная составляющая фотоэлектрического сигнала компенсируется, и на вход усилителей-огра5 ничителей поступят сигналы

1 =1) -12 =(А1+ А2)31п 0 = A $1п 0

ll = l3- 14=(Аз+А4)соз 0 = А созд которые преобразуются в два выходных квадратурных логических сигнала.

10 Условием отсутствия погрешности измерения преобразователя является

A> = A2 = Аз= А4 или А = А

Это условие в преобразователе реализуется выравниванием величин фототоков путем

15 перераспределения тока источника 17 между излучателями. Равенство Al = А2 достигается регулировочным потенциометром 13 (аналогично Аз = A4 — потенциометром 14), Выравнивание между собой амплитуд

20 сигналов каналов A = А осуществляется

I tl ограничением суммарного тока пары излучателей ограничивающими резисторами 15 и 16 соответственно в одном и другам каналах.

25 Максимальное быстродействие преобразователя обеспечивается реализацией включения фотоприемников в режиме, близком короткому замыканию, что осуществляется непосредственным подключением

30 фотоприемников к усилителю-ограничителю, Ъходное сопротивление которого значительно меньше внутреннего сопротивления фотоприемников.

35 Формула изобретения

Фотоэлектрический преобразователь перемещения, содержащий регулировочный потенциометр, два источника излучения, соединенных по балансной схеме через

40 регулировочный потенциометр, последовательно установленные по ходу пучка излучения измерительный растр, выполненный в виде равномерно нанесенных штрихов, индикаторный растр, выполненный B виде рав45 номерно нанесенных штрихов, четыре фотоприемника и электронное устройство, отличающийся тем, что. с целью повышения точности измерения и быстродействия, он снабжен вторым регулировоч50 ным потенциометром, второй парой источников излучения, соединенных по балансной схеме через соответствующий регулировочный потенциометр, двумя ограничивающими регистрами, каждая па55 ра источников излучений соединена с шиной питания через соответствующий ограничивающий резистор, каждый излучатель оптически связан с соответствующим фотоприемником, электронное устройство

1758430

Составитель Е.Глазкова

Редактор А,Маковская Техред М.Моргентал Корректор С.Лисина

Заказ 2990 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 выполнено в виде двух усилителей-ограничителей, относительный сдвиг между фотоприемниками соответствует расположению групп штрихов индикаторного растра и равен 1/4 шага штрихов, фотоприемники сгруппированы попарно, в каждой паре фотоприемники с относительным сдвигом в 1/2 шага штрихов включены встречно и подключены к входу соответствующего усилителя-огра5 ничителя,