Фотоэлектрический датчик линейных перемещений и устройство цифровой визуализации измеренных величин

Группа изобретений относится к измерительной технике и может быть использована для измерения абсолютных величин линейных перемещений в различных отраслях машиностроения. Фотоэлектрический датчик включает корпус, оптические датчики, перфорированную шторку, устройство цифровой визуализации оптических датчиков, блок питания и индикатор. Оптические датчики состоят из излучателя светового луча и приемника светового луча и размещены в трех зонах. Для дешифровки сигналов оптических датчиков в устройстве цифровой визуализации оптического сигнала приемник-кодировщик оптического сигнала выполнен в виде трехкаскадного блока с выводом раскодированных логических сигналов двоичного кода, преобразованных в семисегментный код, на полупроводниковый оптический индикатор линейных перемещений. Технический результат: упрощение конструкции при сохранении высокой точности измерений абсолютных величин линейных перемещений и снижение трудоемкости обработки результатов измерений. 2 н.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения абсолютных величин линейных перемещений в различных отраслях машиностроения.

Известен фотоэлектрический датчик для измерения характеристик перемещения испытуемого объекта при прохождении через окно, фиксированное в пространстве (авторское свидетельство СССР №88097, кл. F42b 15/00, F41j 5/00). Указанный датчик содержит основание, боковые стойки, на которых размещены излучатели света, отражатели света и фотоприемники с индивидуальными механизмами настройки в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Известен фотоэлектрический датчик линейных перемещений для автоматического прецизионного измерения линейных перемещений (авторское свидетельство СССР №1368631, кл. 4 G01В 21/00), включающий измерительные решетки с механизмом взаимного разворота, полосовой фильтр, фазочувствительный детектор, сумматор, генератор, усилитель постоянного тока и привод, компенсирующий ошибку угла разворота решеток.

Известны также фотоэлектрические преобразователи линейного и углового перемещений (ФПП), используемые в автоматизированных электроприводах (March 7, 2014 by admin). Принцип действия этих преобразователей состоит в преобразовании маски в изменение интенсивности светового потока, регистрируемого фотоэлементами и преобразуемого в электрический сигнал. Эти преобразователи включают разрядные дорожки, источники света - светодиоды, фотоприемники. Выходной сигнал получается в форме двоичного кода.

Примером фотоэлектронного кодового датчика может служить датчик типа ППК-15. Датчики такого типа создают систему абсолютного отсчета углового или линейного перемещения.

В качестве прототипа использован фотоэлектрический датчик перемещения объекта по патенту РФ №2047087, МПК G01В 11/00, G01В 11/26, содержащий корпус, источник питания, модулятор, управляемый мультивибратором, генератор тока, перфорированную шторку, закрепленную на объекте перемещений, запоминающий элемент, электронный ключ, компаратор, формирователь управляющего напряжения, полосовой фильтр и синхронный детектор, оптические датчики, включающие излучатель и приемник светового луча, разветвитель в виде двухканального усилителя, сумматор, схему сравнения и фильтр низких частот.

В сравнении с указанными выше аналогами, прототип позволяет повысить точность измерения линейного перемещения связанного с ним объекта перемещения. Недостатком прототипа является его сложность.

Задачей изобретения является упрощение конструкции датчика повышение точности измерения и визуальное снятие информации абсолютной величины линейного перемещения объекта.

Поставленная задача решается тем, что оптические датчики на корпусе с соответствующими окнами перфорации на шторке размещены по разрядам в три ряда по направлению перемещения объекта, при этом в первом и втором рядах установлено по пять датчиков с шагом 12 и 10, в третьем ряду три датчика с шагом 40 единиц дискретности. Размеры световых лучей оптических датчиков установлены по направлению перемещения меньшим, чем 0,6 единиц, а точность их позиционных размеров размещения меньшим, чем 0,1 единиц. Соответствующие окна перфорации на шторке выполнены: для первого ряда - длиной 3 с точностью не хуже чем ±0,05 единицы и шагом 10, причем, точность любого шага и любой суммы этих шагов не хуже 0,1 единицы, для второго ряда - длиной 17 и шагом 50 единиц, для третьего ряда -одно окно длиной 126 единиц. Кроме того, в исходном положении по ходу перемещения осевые смещения окон перфорации шторки относительно оптических осей первых в ряду датчиков установлены: для первого ряда без смещения, а для второго и третьего со смещением 4 и 110 единиц дискретности соответственно.

Для визуализации измеренной величины линейного перемещения в устройстве для дешифровки оптического сигнала, содержащем блок питания, приемник-кодировщик оптического сигнала в двоичный код Грея, блок дешифровки и индикатор показаний, приемник-кодировщик оптического сигнала выполнен в виде трехкаскадного блока с выводом раскодированных логических сигналов двоичного кода, преобразованных в семисегментный код, на полупроводниковый оптический индикатор линейных перемещений, при этом:

- блок первого каскада выполнен в виде приемника-кодировщика оптических сигналов первого ряда считывающих элементов датчика в коды, реализующие логические функции НЕ и 2И-НЕ, и передатчика кодированных сигналов на дешифратор, а функцию 2И-НЕ - и на блок второго каскада;

- блок второго каскада выполнен в виде приемника -кодировщика оптических сигналов второго ряда считывающих элементов датчика в коды, реализующие логические функции 2И-НЕ, 4И-НЕ, 8И-НЕ и 2-2И-2ИЛИ-НЕ, и передатчика кодированных сигналов на дешифратор, а функций 2И-НЕ и 2-2И-2ИЛИ-НЕ - и на блок третьего каскада;

- блок третьего каскада выполнен в виде приемника-кодировщика оптических сигналов третьего ряда считывающих элементов датчика в коды, реализующие логические функции 3И-НЕ и НЕ, и передатчика кодированных сигналов на дешифратор.

Совокупность отличительных признаков обеспечивает решение поставленной задачи.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана принципиальная схема датчика, на фиг. 2 - схема взаимного расположение оптических датчиков на корпусе и шторки, на фиг. 3, 4, 5, 6 - примеры визуального считывания показаний фотоэлектрического датчика при перемещении объекта на расстояние соответствующее 0, 81, 167 и 249 дискретным единицам, на фиг. 7 - принципиальная схема прибора для визуализации показаний фотоэлектрического датчика, на фиг. 8 - блок-схема дешифратора показаний фотоэлектрического датчика перемещений.

Фотоэлектрический датчик включает корпус 1, установленные на корпусе оптические датчики 2, перфорированную шторку 3, связанную с перемещающимся объектом 4, устройство цифровой визуализации 5 оптических датчиков 2, блок питания 6 и индикатор 7. Оптические датчики состоят из излучателя 8 светового луча 9 и приемника 10 светового луча. Оптические датчики 2, размещены на шторке в трех зонах: зона первого ряда, зона второго ряда и зона третьего ряда. При этом в первом и втором рядах установлено по пять оптических датчиков 2 с шагом S1=12 и S2=10, в третьем ряду три датчика с шагом S3=40 единиц. Размеры световых лучей оптических датчиков 2 установлены по направлению перемещения меньшим, чем 0,6 единиц, а точность их позиционных размеров размещения меньшим, чем 0,1 единиц. Соответственно шторка 3 перфорирована тремя рядами окон 11, 12 и 13 для прохождения светового луча 9. Окна 11 первого ряда выполнены длиной T1=3 дискретных единицы с высокой точностью - не хуже, чем ±0,05 единицы, расположенных с шагом S4=10 единиц, причем точность любого шага и любой суммы этих шагов не хуже 0,1 единицы. Окна 12 второго ряда выполнены длиной Т2=17 с шагом S5=50 единиц. В третьем ряду выполнено одно окно 13 длиной Т3=126. В исходном положении по ходу перемещения объекта 4 осевые смещения окон перфорации шторки относительно оптических осей первых в ряду датчиков установлены: для первого ряда без смещения, а для второго и третьего со смещением ΔT2=4 и ΔT3=110 единиц дискретности соответственно.

Устройство цифровой визуализации 4 (фиг. 7) содержит блок 6 питания, блок 14 приема и обработки информации, полученной от оптического сигнала фотодатчика и полупроводниковый оптический индикатор 7. Блок 14 включает в себя розетку 16, приемник-кодировщик 17 оптического сигнала и блок 18 дешифровки параметров. Розетка 16, состыкованная с вилкой 19, воспринимает электрические сигналы от приемника 10 и передает на приемник-кодировщик 17, который кодирует его в двоичный код Грея. Приемник-кодировщик 17 представляет собой трехкаскадный блок, собранный на базе логических интегральных микросхем 155-ой серии типа К155ЛА2, К155ЛА3, К155ЛА4, К155ЛА6, К155ЛН1, К155ЛР1, с выводом закодированных оптических сигналов двоичного кода на блок 18 дешифровки параметров. Блок 18 дешифровки параметров собран на микросхемах-дешифраторах типа К514ИД2, он преобразует сигналы двоичного кода в семисегментный код и передает их на полупроводниковый оптический индикатор 7. Приемник-кодировщик 17 оптического сигнала и блок 18 дешифровки параметров выполнены трехкаскадными в виде блоков 20, 21 и 22, передающих информацию соответственно в единицах, десятках и сотнях дискретных единиц. Блок 20 первого каскада выполнен в виде приемника-кодировщика оптических сигналов первого ряда считывающих элементов фотодатчика в коды, реализующие логические функции НЕ и 2И-НЕ, и передатчика кодированных сигналов на дешифратор 23, а функцию 2И-НЕ - через микросхему 24 и на блок 21 второго каскада. Блок 21 второго каскада выполнен в виде приемника - кодировщика оптических сигналов второго ряда считывающих элементов датчика в коды, реализующие логические функции 2И-НЕ, 4И-НЕ, 8И-НЕ и 2-2И-2ИЛИ-НЕ, и передатчика кодированных сигналов на дешифратор 25, а функций 2И-НЕ и 2-2И-2ИЛИ-НЕ - через микросхемы 26 и 27 на блок 22 третьего каскада. Блок 22 третьего каскада выполнен в виде приемника-кодировщика оптических сигналов третьего ряда считывающих элементов датчика в коды, реализующие логические функции 3И-НЕ и НЕ, и передатчика кодированных сигналов на дешифратор 28.

Фотоэлектрический датчик линейных перемещений и устройство визуализации цифровой информации работают следующим образом.

В исходном положении к фотоэлектрическому датчику и устройству визуализации от блока питания 6 подано напряжение 5 В постоянного тока. Шторка 3 соединена с объектом 4. Оптические датчики 2 выдают исходный сигнал, например, соответствующий положению «0» перемещений, указанный на фиг. 3. На чертежах фиг. 3-6 для удобства понимания работы датчика на чертежах корпуса 1 нанесены стрелки 29, а на чертежах шторки нанесены шкалы 30 дискретных единиц. Положению «0» соответствует положение, при котором в первом ряду в открытые окна 11 попадает световой луч 9 (далее по тексту световой луч, пошедший через окно шторки, обозначен С-луч Аб, где А - зона расположения оптических датчиков, б - номер окна) С-луч 11 (первый датчик первого ряда), во втором ряду в открытое окно 12 попадают С-лучи 1 и 5 (первый и пятый датчики второго ряда), в третьем ряду световые лучи 9 всех оптических датчиков перекрыты шторкой 3. В процессе работы устройство блок 18 дешифровки параметров преобразует полученные сигналы оптических датчиков двоичного кода в семисегментный код и передает их на полупроводниковый оптический индикатор 7, блокируя при этом С-лучи светового луча 9, лежащие в зоне погрешности выполнения окон 11 и 12 шторки 3 (на чертежах фиг. 3-6 эти зоны заштрихованы). В таблице эти С-лучи отмечены знаком «».

Эти сигналы представлены в разрядной части (I-каналы 1, 2, 3, 4 и 5; II-каналы 1, 2, 3, 4 и 5; III-каналы 1, 2 и 3) таблицы, а оптический индикатор 7 на своем экране показывает параметры перемещения объекта 4 в цифрах натурального ряда (параметры L таблицы).

Положению «81» соответствует положение, при котором в первом ряду в открытое окно 11 попадают С-лучи 11 и 21 (первый и второй датчики первого ряда), во втором ряду в открытые окна 12 попадают С-луч 32, расположенный в зоне погрешности (этот С-луч блокируется дешифратором 23), и 42 (третий и четвертый датчики второго ряда), в третьем ряду в открытое окно 13 попадает С-луч 13 (первый датчик третьего ряда).

Примечания:

«пустая клетка» - С-луч оптического датчика полностью закрыт,

«» - С-луч оптического датчика полностью открыт,

«» - С-луч оптического датчика в любом из предыдущих положений,

«L» - положение шторки относительно корпуса (начального положения).

Положению «167» соответствует положение, при котором в первом ряду в открытые окна 11 попадают С-лучи 41 и 51 (четвертый и пятый датчики первого ряда), во втором ряду в открытые окна 12 попадают С-луч 22 и С-луч 32, расположенный в зоне погрешности, (которая блокируется дешифратором 23), в третьем ряду в открытое окно 13 попадают С-лучи 13, 23, 33 (все датчики третьего ряда).

Положению «249» соответствует положение, при котором в первом ряду в открытые окна попадают С-лучи 11 и 51 (первый и пятый датчики первого ряда), во втором ряду в открытые окна 12 попадают С-лучи 12 и 52 (первый и пятый датчики второго ряда), в третьем ряду в открытое окно попадает С-луч 33 (третий датчик третьего ряда).

Показания измеренных величин с оптического индикатора 7 могут сниматься различными способами: визуально, с помощью фотосъемки экрана, регистрация на компьютер и т.д.

Предложенный фотоэлектрический датчик позволяет производить измерение абсолютных величин линейного перемещения объекта с высокой точностью и обеспечить визуальное снятие информации как невооруженным глазом, так и с помощью инструментальных съемок, с помощью фоторегистраторов и компьютера.

На предприятии изготовлен и испытан с положительными результатами опытный образец фотоэлектрического датчика линейных перемещений.

Предложение рекомендовано к внедрению.

1. Фотоэлектрический датчик линейных перемещений, содержащий корпус, перфорированную шторку, закрепленную на объекте перемещений, оптические датчики, включающие излучатель и приемник светового луча, отличающийся тем, что оптические датчики на корпусе с соответствующими окнами перфорации на шторке размещены по разрядам в три ряда по направлению перемещения объекта, при этом в первом и втором рядах установлено по пять датчиков с шагом 12 и 10 соответственно, в третьем ряду три датчика с шагом 40 единиц дискретности, при этом размеры световых лучей оптических датчиков установлены по направлению перемещения меньше чем 0,6 единиц, а точность их позиционных размеров размещения меньше чем 0,1 единиц, соответствующие окна перфорации на шторке выполнены: для первого ряда - длиной 3 с точностью не хуже чем ±0,05 единицы и шагом 10, причем точность любого шага и любой суммы этих шагов не хуже 0,1 единицы, для второго ряда - длиной 17 и шагом 50 единиц, для третьего ряда - одно окно длиной 126 единиц, кроме того, в исходном положении по ходу перемещения осевые смещения окон перфорации шторки относительно оптических осей первых в ряду датчиков установлены: для первого ряда без смещения, а для второго и третьего со смещением 4 и 110 единиц дискретности соответственно.

2. Фотоэлектрический датчик по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен устройством цифровой визуализации измеренных величин линейных перемещений, выполненным в виде прибора, снабженного блоком питания, приемником-кодировщиком оптического сигнала в двоичный код Грея, блоком дешифровки и индикатором показаний, при этом приемник-кодировщик оптического сигнала выполнен в виде трехкаскадного блока с выводом раскодированных логических сигналов двоичного кода, преобразованных в семисегментный код, на полупроводниковый оптический индикатор линейных перемещений, при этом:

- блок первого каскада выполнен в виде приемника-кодировщика оптических сигналов первого ряда считывающих элементов датчика в коды, реализующие логические функции НЕ и 2И-НЕ, и передатчика кодированных сигналов на дешифратор, а функцию 2И-НЕ - на блок второго каскада;

- блок второго каскада выполнен в виде приемника-кодировщика оптических сигналов второго ряда считывающих элементов датчика в коды, реализующие логические функции 2И-НЕ, 4И-НЕ, 8И-НЕ и 2-2И-2ИЛИ-НЕ, и передатчика кодированных сигналов на дешифратор, а функций 2И-НЕ и 2-2И-2ИЛИ-НЕ - и на блок третьего каскада;

- блок третьего каскада выполнен в виде приемника-кодировщика оптических сигналов третьего ряда считывающих элементов датчика в коды, реализующие логические функции 3И-НЕ и НЕ, и передатчика кодированных сигналов на дешифратор.



 

Похожие патенты:

Система управления направлением движения транспортного средства включает в себя два отдельных устройства привязки; лазерное сканирующее устройство, выполненное с возможностью испускать сигналы лазерного луча и сканировать секторную область лазерным лучом, с тем чтобы измерять расстояние по прямой соединительной линии для соединения лазерного сканирующего устройства с любым из по меньшей мере двух отдельных устройств привязки и угол между соответствующей прямой соединительной линией и корпусом транспортного средства у транспортного средства или угол между прямыми соединительными линиями; процессор, выполненный с возможностью обрабатывать и сохранять данные и определять, является или нет ориентация корпуса транспортного средства в реальном времени отклоняющейся от начальной ориентации корпуса транспортного средства сразу после того, как система начинает работать, в соответствии с результатами, считанными лазерным сканирующим устройством.

Автоколлиматор содержит отражающий элемент, установленный на объект контроля, фотоэлектрический автоколлиматор, содержащий источник излучения, светоделительную пластину, объектив, матричный фотоприемник (МФП), на который проектируются три изображения установленной в фокальной плоскости объектива круглой диафрагмы, получаемые после отражения от отражающего элемента светового пучка, и блок управления с вычислительным устройством, входы которого связаны с выходами МФП.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного определения положения вала электродвигателя. Абсолютный оптический однооборотный угловой энкодер содержит n оптопар, где n - разрядность энкодера, растровый диск с одной кодирующей дорожкой, состоящей из последовательно расположенных прозрачных и непрозрачных секторов, причем оптопары располагают с одинаковым шагом a, где a, равное 360/2n, - разрешающая способность энкодера, а кодирующую дорожку формируют в соответствии с двоичной последовательностью длиной m=2n, при этом каждой цифре последовательности соответствует угловой размер a, нулю ставится в соответствии непрозрачный сектор, единице прозрачный - или наоборот.

Изобретение относится к области измерительной техники. Датчик угла поворота, выполненный в виде фотоэлектрического автоколлиматора, содержит объектив, в фокальной плоскости которого установлен матричный приемник излучения, выходом подключенный к электронному блоку, светоделитель, расположенный перед матричным приемником излучения, осветитель с источником света, предназначенный для подсветки сигнальной маски с прозрачным штрихом, установленной перед светоделителем в фокальной плоскости объектива, и двойное зеркало, представляющее собой контролируемый объект - призму БР-180°, обращенную прозрачной входной гранью к объективу.

Группа изобретений относится к технической области контроля полых объектов. В способе измерения вертикальности на приводимом во вращение сосуде снимают по меньшей мере одно изображение сосуда таким образом, чтобы получить изображение левого края кольца, изображение правого края кольца, матричное изображение левого края (Img) пятки, плеча и/или основания горлышка, матричное изображение правого края (Imd) соответственно пятки, плеча и/или основания горлышка, анализируют: изображение левого края кольца и изображение правого края кольца, чтобы определить реальное положение кольца, матричное изображение левого и правого краев, чтобы определить левую точку позиционирования Tg и правую точку позиционирования Td, определяют на перпендикуляре к сегменту прямой, проходящей через левую и правую точки позиционирования, теоретическое положение кольца и выводят на основании изменений отклонения между реальным положением кольца и теоретическим положением кольца измерение вертикальности для сосуда.

Описано устройство для измерения угла гибки листа. Технический результат – повышение точности измерения.

Устройство для измерений мгновенных угловых перемещений качающейся платформы состоит из датчика измеряемого мгновенного плоского угла и неподвижного отсчетного устройства.

Приемное устройство для измерения положения лазерного луча линейной светочувствительной матрицей в плоскости матрицы, состоящее из линейной светочувствительной матрицы, ряда оптически прозрачных прилегающих к друг другу цилиндров, располагающихся параллельно указанной матрице, обеспечивающих разворот луча в линию, перпендикулярную матрице, длина цилиндров l не меньше высоты матрицы h (l≥h), а расстояние между ними r и светочувствительной матрицей зависит от радиуса R цилиндров r≤10⋅R.

Изобретение относится к области измерительной техники - метрологии - и может быть использовано при создании эталона единицы плоского угла нового поколения с улучшенными метрологическими показателями по сравнению с ныне действующими в РФ первичными эталонами.
Регулятор развала-схождения колес автомобиля состоит из поворотных подставок под колеса для свободного поворота и скольжения регулируемых колес, блокиратора руля автомобиля, колесных держателей, которые крепятся на регулируемые колеса и удерживают измерительный прибор и измерительную планку на соответствующем колесе.

Группа изобретений относится к измерительной технике и может быть использована для измерения абсолютных величин линейных перемещений в различных отраслях машиностроения. Фотоэлектрический датчик включает корпус, оптические датчики, перфорированную шторку, устройство цифровой визуализации оптических датчиков, блок питания и индикатор. Оптические датчики состоят из излучателя светового луча и приемника светового луча и размещены в трех зонах. Для дешифровки сигналов оптических датчиков в устройстве цифровой визуализации оптического сигнала приемник-кодировщик оптического сигнала выполнен в виде трехкаскадного блока с выводом раскодированных логических сигналов двоичного кода, преобразованных в семисегментный код, на полупроводниковый оптический индикатор линейных перемещений. Технический результат: упрощение конструкции при сохранении высокой точности измерений абсолютных величин линейных перемещений и снижение трудоемкости обработки результатов измерений. 2 н.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

Наверх