Фотоэлектрический импульсный датчик положения светового пятна на плоскости

 

(«) 448428

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 20.03.72 (21) 1760090j26-9 с лрисоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 30.10.74. Бюллетень № 40

Дата опубликования описания 23.06.75 (51) М. Кл. G 05b 11/06

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 621.397(088.8) по девам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения Л. Н. Преснухин, Н. Ь. Воробьев, Л. М. Жаворонков и В. Н. Лапенко

Московский институт электронной техники (71) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ДАТЧИ

ПОЛОЖЕНИЯ СВЕТОВОГО ПЯТНА НА ПЛОСКОСТИ

Изобретение относится к технике регистрации и обработки электромагнитного излучения в оптическом диапазоне длин волн и может применяться в приоорах регистрации положения точечных источников излучения.

Известен датчик положения точечных источников излучения, которыи состоит из координатного фотоприемника, подключенного к нему суммо-разностного устройства, выходы которого соединены с первыми входами каналов A и У усиления сигналов рассогласования и с входом опорного канала, причем вторые входы каналов л и У подключены к выходу опорного канала.

Однако несмотря на наличие цепей регулирования коэффициентов передачи каналов Х и У напряжением опорного канала при изменении величины лучистого потока в широких пределах появляется погрешность определения координат пятна, обусловленная неидентичностью регулировочных характеристик усилителей в каналах Х и У.

Целью изобретения является обеспечение . независимости напряжений рассогласования на выходах датчика от величины лучистого потока, измерение импульсов рассогласования переменной полярности в каждом канале с помощью одного униполярного преобразователя «амплитуда импульса — потенциал» и уменьшение длительности переходных процессов по окончании импульса рассогласования.

Это достигается тем, что в предлагаемый датчик введен формирователь контрольных импульсов, включенныи между входом опорного канала и вторым входом каждого из двух каналов л и, каждыи из которых состоит из устроиства ввода контрольного импульса pdccolëûñoâàíèÿ в канал, первого аттенюатора, преобразователя униполярных импульсов в биполярные, второго атзенюатора, усилителя, преооразователя «амплитуда им- пульса рассогласования — потенциал», анализатора знака сит нала рассогласования и масштаоно о усилителя, причем вход преооразователя «амплитуда импульса рассогласования — потенциал» одновременно через последовательно соединенные преооразователь

«амплитуда контрольного импульса — потенциал», интегратор разности и сумматор подключен к вторым входам первого и второго аттенюаторов, второи вход сумматора и интегратора разности подключен к выходу и второму входу опорного канала, состоящего из последовательно включенных аттенюатора, усилителя и преобразователя «амплитуда импульса — потенциал», другие входы которого, а также входы остальных упомянутых выше преобразователей соединены с соответствую30 шими выходами блока синхронизации, 448428

15 (2) 20

Е(а фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого датчика; на фиг. 2 — временная диаграмма раооты датчика.

Предлагаемый фотоэлектрический датчик состоит из диодного координатного фотоприемника 1 лучистой энергии, подключенного к нему суммо-разностного устройства 2, выход ар которого соединен с входом опорного канала, а выходы ах и а„соответственно соединены с входами идентичных каналов Х и У, причем каналы Х и У соединены с опорным каналом. Между выходом ар устройства

2 и вторым входом каждого из двух каналов

Х и У включен формирователь 3 контрольных импульсов, выполненный в виде линии задержки. Опорный канал состоит из последовательно включенных аттенюатора 4, усилителя 5 и преобразователя 6 «амплитуда импульса — потенциал», причем выход преобразователя 6 подключен к входу аттенюатора 4.

Благодаря этой связи образуется контур автоматической регулировки усиления (АРУ) опорного канала. Каждый из каналов Х и У состоит из последовательно включенных устройства 7 ввода контрольного импульса в канал, первого аттенюатора 8, преобразователя

9 униполярных импульсов в биполярные, второго аттенюатора 10, усилителя 11, преобразователя 12 «амплитуда импульса — потенциал», анализатора. 13 знака рассогласования и масштабного усилителя 14. Между выходом усилителя 11 и входами аттенюаторов 8 и 10 включены последовательно соединенные преобразователь 15 «амплитуда контрольного импульса — потенциал», интегратор 16 разности между контрольным потенциалом на выходе преобразователя 15 и напряжением АРУ опорного канала на выходе преобразователя

6, сумматор 17 напряжений преобразователя

6 и интегратора lo, причем вторые входы интегратора 16 и сумматора 17 подключены K выходу преобразователя 6. Канал 18 усиления и преобразования импульсов рассогласования по координате У, соединенный с выходами ер, Up и а„суммо-разностного устройства

2, формирователя 3, преобразователя 6, полностью идентичен каналу Л. Выходы блока 19 синхронизации подключены к входам управления преобразователя 6 опорного канала, преобразователей 12 и 15 канала Х и к входам аналогичных преобразователей канала У.

Преобразователь 9 униполярных импульсов в биполярные выполнен в виде дифференциального усилителя 20, один из входов которого соединен с выходом устройства 7 ввода импульса в канал непосредственно, а другой вход через линию задержки 21 на время, равное ширине импульса. Анализатор 13 знака рассогласования выполнен в виде усилителя

22 биполярных импульсов, вход которого подключен к выходу преобразователя 12, а выходы соединены с входами триггера 23, связанного с ключами управления 24 и 25 на входах масштабного усилителя 14. Сумморазностное устройство 2 выполнено на трех

65 операционных усилителях сложения и вычитания импульсов а; (i= 1, 2, 3, 4) фотоприемника 1 по правилам: ар — а + а + а + а а,ф 1 3 а8+ а4 ау а1 + аЗ аз а4

Величина ар пропорциональна полной лучистой энергии, падающей на фотоприемник 1, и не зависит от положения светового пятна, а величины ах и ау зависят как от положения пятна, так и от освещенности: а,=КВЬ а =КВЬ Х а = KBSY где S — площадь пятна;

 — освещенность;

К вЂ” м асштабный коэффициент.

Фотоэлектрический датчик работает следующим образом.

Блок 19 синхронизации вырабатывает последовательность импульсов управления: импульс установки нуля (фиг. 2, а) для всех преобразователей 6, 12 и 15, импульс

«Строб-1» (фиг. 2, б) для преобразователей

6 и 12, импульс «Строб-2» (фиг. 2, в) для преобразователя 15, Импульс ар (фиг. 2, г) поступает с выхода устройства 2 на вход аттенюатора 4 и одновременно на вход формирователя 3. Импульс ар усиливается усилителем 5 (фиг. 2, е), преобразуется в потенциал Uo (фиг. 2, к) преобразователем 6 и подается на вход аттенюатора 4. Цепь АРУ опорного канала поддерживает потенциал С4 постоянным при всех изменениях ар. Через интервал времени т после импульса ар на выходе формирователя 3 появляется контрольный импульс ер (фиг. 2, д), который, как и импульс рассогласования а„ (фиг. 2, лс), вводится через устройство 7 в канал Х. На выходах аттенюатора 8 появляется пара униполярных импульсов (фиг. 2, з), которые в преобразователе 9 становятся биполярными (фиг. 2, и). Первый импульс из этой пары запоминается в виде потенциала U„a преобразователе 15 (фиг. 2, л) .

Если в первом биполярном импульсе сначала идет импульс положительный, то анализатор

13 пропускает потенциал U„на неинвертирующий вход усилителя 14. При отрицательной полярности первого импульса анализатор 13 пропускает потенциал UÄ Äva инвертирующий вход усилителя 14, Целесообразность преобразования однополярных импульсов в биполярные обусловлена тем, что, во-первых, биполярный импульс дает возможность запоминания амплитуды одним униполярным преобразователем, независимо от исходной полярности импульса. Во-вторых, длительность переходных процессов после биполярного импульса значительно меньше, чем после однополярного, благодаря чему требуется меньшее время задержки ть а значит меньше габариты самой линии задержки, 448428

Потенциал У> с выхода преобразователя 6 подается через сумматор 17 на входы управления аттенюаторов 8 и 10. Благодаря этому коэффициенты передачи каналов Х и У грубо устанавливаются равными коэффициенту передачи опорного канала. Точное выравнивание коэффициентов передачи осуществляется с помощью контура автоматического слежения за усилиением опорного канала, причем этот контур в канале Х замыкается через преобразователь 15, интегратор 16 и сумматор

17. Если Uy,; )Уп, то напряжение интегпатора 16, равное интегралу разности |хконтр — Uo Вызывает положительное приращение напряжения АРУ на выходе сумматора 17, которое уменьшает коэффициент передачи аттенюаторов 8 и 10. При 7хкот(тр(Up суммарное напряжение АРУ уменьшается до тех пор, пока не будет достигнуто равенство коэффициентов передачи опорного канала и канала Х. Одновременно и аналогичным образом регулируется усиление канала У по усилению опорного канала. Так как коэффициенты передачи всех трех каналов датчика оказываются равными (Ко —— К =

=К„), то выходные напряжения U,. и |.|„датчика на основании выражения (2) определяются в виде:

|..| = К а = К,КВЬ Y = U, Y ( где U, = К,а, = К,КВЯ= const.

Из выражения (3) видно, что пока цепь

АРУ опорного канала обеспечивает постоянство величины Up, выходные напряжения U и U„äàò÷èêà пропорциональны координатам

Х и У центра пятна и не зависят от величины лучистого потока.

Предмет изобретения

1. Фотоэлектрический импульсный датчик положения светового пятна на плоскости, состоящий из дподного координатного фотоприемника, подключенного к нему суммо-разностного устройства, один из выходов которого соединен с входом опорного канала, второй и третий выходы соответственно соединены с входами идентичных каналов Х и У, причем канал Х и канал У соединены с опорным каналом, отличающийся тем, что, с целью обеспечения независимости напряжений рас5 ю

50 согласовяния на выходах датчика от вели п|ны светового потока, в него введен формиров".тель контрольных импульсов, включенный между входом опорного канала и вторым входом каждого из двух каналов Х и У, кяждь1й из которых состоит из устройства ввода контрольного импульса рассогласования в канал, первого яттенюатора, преобразоватепя уннполярных импульсов в биполярные, второго яттенюаторя, усилителя, преооразовате.пя «амплитуда импульса рассогласования — потенпиал», анализатора знака сигналя рассогласования н масштабного усилителя, причем вход преобразователя «амплитуда импульса рассогласования — потенциал» одновременно через последовательно соединенные преобразователь «амплитуда контрольного импульса — потенциал», интегратор разности и сумматор подключен к вторым входам первого II второго аттен|ояторов, второй вход сумматора и интегратора разности подключен к выходу и второму входу опорного канала, состоящего из последовательно вклпоченных атте|поатора, усилителя и преобразователя «амплитуда импульса-потенциал», другие входы которого, а также входы остальных упомянутых выше преобразователей соединены с соответствующими выходами блока синхронизации.

2. Фотоэлектрический импульсный датчик по п. 1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что преобразователь униполярных импульсов в биполярные выполнен в виде дифференциального усилителя, один из входов которого соединен с устройством ввода импульса в канал непосредственно, а другой через линию задержки.

3. Фотоэлектрический импульсный датчик по п. 1, отлич ающийс я тем, что анализатор знака напря>кения рассогласования содержит усилитель биполярных импульсов, вход которого подключен к второму выходу преобразователя «ямплитуда импульса рассогласования — потенциал», причем выход усилителя биполярных импульсов подключен к триггеру с раздел|.нымн входямн, выходы которого подключены к управляющим входам двух ключей, сигнальными входами подключенн||х одновременно к первому выходу преобразователя «амплитуда импульса рассогласования — потенциал», прн том выход одного из ключей соединен с инвертирующим входом, а выход другого ключа с неинвертпрую|цнм входом масштабного усилителя.

448428

lй

7

Составитель Л. )Каворонков

Редактор Е. Караулова Техред Т. Миронова Корректор Л. Денисова

Заказ 1388!8 Изд № 1202 Тираж 760 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4)5

Типография, пр. Сапунова, 2