Датчик светового излучения

 

Использование: в космической и наземной технике, при создании систем слежения за Солнцем или роботах, управляемых световым лучом, в качестве управляющего или контролирующего элемента. Сущность изобретения: датчик светового излучения содержит основание, на котором закреплена светоэкранирующая шторка с галтелью и установлены четыре квадратных фотоэлектрических элемента, фотоэлектрические элементы расположены с зазором по отношению друг к другу симметрично относительно продольной и поперечной плоскостей симметрии датчика, в которых расположена светоэкранирующая шторка с галтелью, выполненной в виде креста, расположенного так, что нормальные проекции вершин его внутренних прямых углов совпадают с центрами фотоэлектрических элементов, выполненных квадратными. 4 ил.

Изобретение относится к навигационной технике и может быть использовано в системах космических аппаратов при определении их ориентации относительно Солнца.

Известен датчик светового излучения, содержащий светоэкранирующую шторку с галтелью и две расположенные симметрично относительно шторок линейки фотоэлектрических элементов. В центре линеек установлены ключевые фотоэлектрические элементы, ближние к шторкам их стороны расположены по проекциям галтели [1] Недостатком этого датчика является низкая точность и надежность.

Наиболее близком по технической сущности является датчик светового излучения, содержащий два измерительных солнечных датчика, установленные на базовой плоскости перпендикулярно друг другу. Каждый из этих датчиков содержит основание на котором с зазором установлены две фотоэлектрические линейки, состоящие из последовательно соединенных прямоугольных или квадратных солнечных элементов и разделенные шторкой с галтелью (светонепроницаемым экраном). Один из элементов является ключевым и выдвинут по отношению к другим элементам ближе к шторке с галтелью [2] Недостатком этого датчика является низкая точность обусловленная двумя причинами. Во-первых, датчик имеет зону нечувствительности, относительная величина которой зависит от точности установки ключевых элементов по проекциям галтелей на основании измерительных датчиков. Во-вторых, при установке его на гибкое основание (например, панель солнечной батареи, закрепленной консольно на космическом аппарате) нарушается взаимная перпендикулярность отдельных его частей.

Другим недостатком известного датчика является низкая функциональная надежность, связанная с потерей его работоспособности при выходе из строя одного из элементов.

Целью изобретения является повышение точности и функциональной надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике светового излучения, содержащем основание, на котором закреплена светоэкранирующая шторка с галтелью и установлены четыре фотоэлектрических элемента, фотоэлектрические элементы расположены с зазором по отношению друг к другу симметрично относительно продольной и поперечной плоскостей симметрии датчика, в которых расположена светоэкранирующая шторка с галтелью, выполненной в виде креста и расположенной так, что нормальные проекции вершин внутренних прямых углов креста совпадают с центрами фотоэлектрических элементов, выполненных квадратными.

По сравнению с известным техническим решением предлагаемый датчик содержит новые существенные признаки: симметричное размещение всех фотоэлектрических элементов относительно светоэкранирущей шторки с галтелью; выполнение галтели в виде креста и закреплении ее на шторке таким образом, что при расположении источника света в перпендикулярном к плоскости основания направлению освещается только четверть активной поверхности каждого фотоэлектрического элемента.

Симметричное расположение фотоэлектрических элементов позволяет иметь информацию об источнике света при выходе из строя одного фотоэлектрического элемента, что повышает функциональную надежность датчика.

Расположение галтели над активной поверхностью фотоэлектрических элементов позволило исключить зону нечувствительности и увеличить точность датчика.

Выполнение фотоэлектрических элементов квадратными и расположение нормальных проекций внутренних прямых углов креста в центрах фотоэлектрических элементов позволяет получать затенения освещенной части фотоэлектрических элементов в виде четырех прямоугольников. Засвеченная активная поверхность фотоэлектрических элементов идентифицируется выходными сигналами датчика, по которым определяются координаты источника света относительно базовой плоскости датчика.

Совокупность указанных признаков обладает новизной и является необходимой и достаточной для достижения поставленной цели и получения положительного эффекта, что говорит о соответствии критерию "новизна".

По сравнению с другими техническими решениями не обнаружено аналогичных устройств, что говорит о соответствии предложения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 приведен общий вид датчика светового излучения; на фиг. 2 и 3 вид сбоку и сверху и расположение осей датчика XYZ; на фиг. 4 его позиционная характеристика при прохождении источника света в плоскости YZ. Датчик содержит основание 1, шторку 2, галтель 3, фотоэлектрические элементы 4-7.

Для рассмотрения работы датчика используем Солнце в качестве источника света, меняющего свое положение в плоскости симметрии датчика YZ.

Датчик работает следующим образом.

При нахождении Солнца в положении, когда направление нормали к основанию 1 датчика совпадает с направлением на Солнце, все выходные сигналы с датчика будут иметь равные значения. При отклонении Солнца от вертикали на некоторый угол в заданной (или в общем случае в любой) плоскости относительно плоскости основания 1, выходные сигналы с фотоэлектрических элементов 4-7 будут пропорциональны их освещенной площади с учетом угла наклона солнечных лучей к основанию 1.

Выходные сигналы с фотоэлектрических элементов поступают на входы ЭВМ, где производится вычисление координаты единичного вектора направления на Солнце.

Достоинствами предлагаемого датчика, кроме компактности, широкообзорности и точности являются высокая надежность и низкая стоимость. Это делает его конкурентноспособными с солнечными датчиками LMSC Sun Sensors, выпускаемыми фирмой Lockheed Missiles Space Company, США.

Формула изобретения

ДАТЧИК СВЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий основание, на котором закреплена светоэкранирующая шторка с галтелью и установлены четыре квадратных фотоэлектрических элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности, фотоэлектрические элементы расположены с зазором по отношению друг к другу симметрично относительно продольной и поперечной плоскостей симметрии датчика, в которых расположена светоэкранирующая шторка с галтелью, выполненной в виде креста так, что нормальные проекции вершин внутренних прямых углов креста совпадают с центрами фотоэлектрических элементов, выполненных квадратными.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4