Фотоэлектрический датчик

 

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 10.05.73 (21) 1925762/25-28 (51) М. Кл. G 02Ь 27/30

G 01Ь 19/36

G 01h 11<26 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 05.10.75. Бюллетень ¹ 37

Дата опубликования описания 05.02.76 (53) УДК 531.715(088.8) (72) Авторы изобретення

В. А. Рахманов, И. А. Шваб, А. Д. Жигулев и P. С. Надарая

Всесоюзный научно-исследовательский институт заводской технологии сборных железобетонных конструкций и изделий (71) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

Изобретение относится к приборостроению, в частности к датчикам линейных перемещений, и может найти применение в системах автоматического контроля, в приборах для неконтактного измерения профиля поверхно- 5 сти, в контрольно-измерительной технике.

Известны фотоэлектрические датчики угла поворота, используемые для измерения линейных перемещений, содержащие источник света, оптическую систему формирования нзо- 10 бражения источника света, автоколлимационную оптическую систему со светоотделительным элементом в виде усеченной пирамиды с зеркальными гранями и приемники светового потока, размещенные в пучках лучей, отра- 15 женных от ее граней.

Однако такие датчики не могут обеспечить высокой чувствительности и точности, так как значительная часть светового потока, создающего автоколлимационное изображе- 20 ние верхнего основания пирамиды рассеивается и не регистрируется приемником света.

Обычно в известных устройствах с целью повышения чувствительности применяют мощные источники светового потока, а также уве- 25 личивают размеры светочувствительной поверхности приемников светового потока. Все это приводит не только к увеличению габаритов и сложности изготовления датчика, но и к большим температурным погрешностям, з0 вследствие нагрева его конструкции н приемников излучения.

Кроме того, выходной сигнал таких датчиков зависит не только от линейных перемещений отражающей поверхности, но и от угла ее наклона. Поскольку выдержать постоянным угол наклона отражающей поверхности при ее перемещениях практически невозможно, то все это приводит к погрешности измерения линейных перемещений. Таким образом, известные датчики не могут обеспечить высокой чувствительности и точности измерений.

Цель изобретения — повысить пороговую чувствительность и точность автоколлимационных датчиков линейных перемещений.

Это достигается тем, что предлагаемый датчик снабжен кольцевым светосборником, а светоделительный элемент выполнен в виде усеченного конуса с прозрачными основаниями и отражающей наружной поверхностью, ось которого совпадает с оптической осью датчика и проходит через центр кольцевого светосборника, а верхнее основание смещено по отношению к плоскости изображения источника света на расстояние /= —, с(Ф гдг а — диаметр верхнего основания конуса; р— апертурный угол оптической системы, Кроме этого кольцевой светосборник выполнен изво48736 4

20

Зо

45 локонных элементов, одни концы которых расположены по окружности светосборника, а другие собраны в жгут, к которому подключен приемник светового потока.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого фотоэлектрического датчика; на фиг. 2 — разрез по А — А на фиг. 1.

Датчпк содержит источник света 1, оптическую систему 2 формирования источника света, автоколлнмационную систему 3, светоделительный элемент, выполненный в виде усеченного конуса 4 с отражающей наружной поверхностью и прозрачными основаниями. Последний расположен в центре кольцевого светосборника 5, изготовленного из волоконных элементов, одни концы которых расположены по окружности светосборника, а другие собраны в жгут, к которому подключен приемник б светового потока.

Датчик работает следующим образом.

Конусообразная нить накала источника света 1 в виде светового кружка проецируется оптической осветительной системой 2 в вершину усеченного конуса 3 с небольшим перекрытием. Изображение его верхнего основания автоколлимационной системой 4 проецируется на отражающую поверхность в виде светового пятна, диаметр которого примерно равен диаметру верхнего основания конуса.

Если отражающая поверхность расположена на расстоянии, равном удвоенному. фокусному расстоянию автоколлимационной системы, и угол ее наклона к оптической оси датчика равен нулю, то в этом случае автоколлимационное изображение верхнего основания конуса точно совпадает с размерами самого верхнего основания, а следовательно, и на приемник б световой поток не поступает.

Когда же ограждающая поверхность из этого положения начинает перемещаться в сторону источника света 1, размеры автоколлимационного изображения изменяются, вследствие чего световой поток попадает на кольцевой светосборник 5 и приемник б светового потока. Количество светового потока, поступающего на светочувствительную поверхность приемника, пропорционально линейному перемещению отражающей поверхности. Так как при перемещении отражающей поверхности весь световой поток изображения верхнего основания конуса поступает только на один приемник света, то это позволяет существенно повысить пороговую чувствительность датчика, а определение соотношения между угловыми размерами верхнего основания и его изображение. я, угловые размеры автоколлимационного изображения верхнего основания конуса должны быть больше угловых размеров самого верхнего основания на величину максимального угла наклона отражающей поверхности, дают возможность устранить влияние углов наклона отражающей поверхности на точность измерения линейных перемещений.

Предмет изобретения

1. Фотоэлектрический датчик, содержаший источник света, оптическую систему формирования изображения источника света, светоделительный элемент, автоколлимационную оптическую систему и приемник светового потока, отличающийся тем, что, с целью повышения пороговой чувствительности и точности, он снабжен кольцевым светосборником, а светоделительный элемент выполнен в виде усеченного конуса с прозрачными основаниями и отражающей наружной поверхностью, ось которого совпадает с оптической осью датчика и проходит через центр кольцевого светосборника, а верхнее основание смещено по отношению к плоскости изображения иск точника света на расстояние l= — ctgP, где

2 а —; P— апертурный угол оптической системы.

2. Датчик по п. 1, отл ич а ю щи и с я тем, что кольцевой светосборник выполнен из волоконных элементов, одни концы которых р асположены по окружности светосборника, а другие — собраны в жгут, к которому подключен приемник светового потока.

487364 Рог 2

Составитепь А. Салин

Редактор И. Бродская

Техред Т. Миронова Корректор О. Тюрина

Заказ 44г7 Изд. № 60 Тираж 593 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Типография, пр. Сапунова, 2