Фотоэлектрический датчик синуса угла поворота

 

,, с:

«»658405

Союз Соватсиик

Социалистическим

Рвепубпик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 1 .0277 (21) 2451565/25-28 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано 250479,51оллетень ¹ 15

Дата опубликования описания 250479. (51) 1Й. Кл.

Q0l В 11/26

Государственный комитет

СССР ио делам изобретеммм и открытий ($8) УДК 531. 715... 27 (088.8) В.Г.Касаткин (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК СИНУСА УГЛА ПОВОРОТА

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности для измерения синуса и косинуса угла поворота, а также пропорциональных им величин.

Известен фотоэлектрический датчик угловых перемещений, содержащий источник света, проекционную оптическую систему, диск с нанесенными на него штрихами и фотоэлектрическую отсчетную систему (1) .

Известный датчик не позволяет непосредственно измерить синус угла поворота.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и решаемой .задаче является фотоэлектрический датчик синуса угла поворота, содержащий источник света, проекционную оптическую систему, диск с нанесенными на него по периферии вдоль радиуса штрихами и фотоэлектрическую отсчетную систему (2f

Определение синуса обеспечивается тем, что штрихи на диске направлены вдоль радиуса и образуют позиционный код синуса, зависящий от углового положения диска относительно отсчетной системы.

Недостатком известного датчика является низкая точность из-за сочетания радиального положения штрихов с их неравномерным распределением вдоль окружности.

С целью повышения точности измерения предлагаемый датчик снабжен объективом, установленным в оптиче"кой системе и проектирующим о изображение штрихов на плоскость этих штрихов, которые нанесены один параллельно другому и с постоянным шагом.

На фиг.1 изображен предлагаемый датчик с прозрачным диском; на фиг.2то же, с непрозрачным диском.

Предлагаемый датчик содержит вал 1, диск 2 с параллельными штрихами

3, источник 4 света, конденсатор 5, аО проекционную оптическую систему, включающую полупрозрачное .зеркало

6, объектив 7, вогнутое зеркало 8, конденсатор 9 и фотоэлектрическую отсчетную систему 10. иб Предлагаемый датчик работает следующим образом.

В датчике на валу 1 закрепляется прозрачный диск 2 с круговой дорожкой штрихов 3, нанесенных параллель30 но с постоянным шагом. Расходящийся

658405 пучок света от источника 4 проходит конденсатор 5, преобразующий его н параллельный пучок, отклоняется полупрозрачным зеркалом 6 1 попадает в объектив 7, который фокусирует пучок на заштрихованной поверхности диска 2. Получающееся при этом световое пятно соответствует изображению светящейся части источника 4 света или окна диафрагмы, которая может быть составной частью этого источника.

Далее часть,.:. учей исходного пуч- ка, прошедшая через промежутки между штрихами на диске 2, попадает на вогнутое зеркало 8. отраженный от него пучок лучей фокусируется на !

5 заштрихованной поверхности диска 2, образуя на ней группу световых пятен в виде штрихов, параллельных штрихам 3 на диске. Эта группа штриховых пятен является изображением про- 20 межуткон между штрихами 3 диска 2, освещенных со стороны объектива 7.

При таком проектировании штрихов и промежутков между ними на заштрихованную поверхность увеличение от- 25 сутствует,так как зеркало 8 расположено на удвоенном фокусном расстоянии от этой поверхности. Световой пучок, сфокусиронанный зеркалом 8, частично проходит через заштрихо- 30 ванную поверхность и попадает в объектив 7. Вышедший из нее параллельный пучок проходит через полупрозрачное зеркало 6 и конденсатор 9, фокусирующий этот пучок на отсчетной системе.

При вращении нала 1 штрихи 3 на диске 2 и наложенное на них штриховое изображение, спроектированное зеркалом 8, перемещаются н противоположных направлениях, причем штри- 40 хи диска и изображения остаются всегда параллельными, поэтому световой поток, прошедший через освещенную область заштрихованной поверхности со стороны зеркала 8, оказывается 45 модулированным. Соответственно сигнал с фотоэлектрической отсчетной системы 10 имеет переменную составляющую, которая может быть выделена. Синус угла поворота в пре- 50 делах 0-90 пропорционален количеству максимумов светового потока, поступающего на фотоэлемент с начала отсчета, -.е. с момента, когда оптическая ось пересекается со штрихом диска 2, лежащим на диаметре.

Количество максимумов или средних значений потока подсчитывается счетчиком, подключенным к системе 10.

На выходных шинах этого счетчика формируется сигнал, соответствующий значению синуса или пропорциональной ему величины.

Полное число максимумов при повороте на 90 определяется числом штрихов и некоторыми параметрами опти- 65 ческой системы. Если на диске. 2 размеры освещенной области с неискажен ным иэображением меньше шага между штрихами, то число максимумов равно количеству штрихов, укладывающихся между оптической осью и осью вращения диска при его повороте на 90

Если освещенное поле зрения охватывает группу штрихов, как это предусмотрено в датчике, то количество максимумов удваивается. Количество максимумов увеличивается также при достаточном изменении коэффициента увеличения проектирующего объектива по сравнению с единицей.

В датчике может быть использован также непрозрачный диск 2 (фиг.2).В этом варианте используется объектив

7 с дополнительным полупрозрачным зеркалом 11. Этот объектив проектирует изображение освещенных отражающих штрихов 3 диска 2 на поверхность этих штрихов. Световой поток, отраженный от поверхности штрихов на диске и поступающий через конденсатор 9 в фотоэлектрическую отсчетную систему 10, модулируется вследствие встречного перемещения отражающих штрихов и их изображения.

Датчик содержит дополнительные штрихи на диске и элементы, считывающие эти штрихи, например для измерения косинуса одновременно с синусом, для получения сигнала начала отсчета, для учета знака синуса и реверса счетчика при повороте диска на 90 и 270

Предлагаемый датчик имеет повышенную точность вследствие того, чro штрихи нанесены параллельно, т.е. большую точность, чем радиальные, и при этом обеспечено их групповое маскирование.

К точности изготовления проекцио. ной оптической системы датчика предьявляются минимальные требования, так как ее поле зрения, т.е. размеры освещенной области на поверхности диска, много меньше фокусного расстояния объектива.

Формула изобретения

Фотоэлектрический датчик синуса угла поворота, содержащий источник света, проекционную оптическую систему, диск с нанесенными на него по периферии штрихами и фотоэлектрическую отсчетную систему, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен объективом, установленным н оптической системе и проектирующим изображение штрихов, которые нанесены ra658405 6 нухина, М., Машиностроение, 1974, ст.б0-61, рис.32.

2, Фотоэлектрические преобразователи информации. Под ред. Л.Н. Преснухина, М., Машиностроение, 1974, ст.341, рис.174. раллельно один другому и с постоянным шагом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Фотоэлектрические преобразователи информации. Под ред, Л.Н ° ПресФиг.7

Фиг.7

Составитель Л.Лобзова

Редактор Л.Народная Техред С.Мигай Корректор о.Ковинская

Заказ 2038/Зб Тираж 865 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035г Москваг 8-35 «Раушская наб.с д.5 4

Филиал lilltl Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4