Оптический растровый датчик

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (uj949501 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 060580 (21) 2922221/18-10

fg)j Кт 3 с присоединением заявки ¹

G 01 Р 3/36

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет

153) УДК 531. 776 (088. 8) Опубликовано 070882. Бюллетень ¹ 29

Дата опубликования описания 070882 (71) Заявитель (54) ОПТИЧЕСКИЙ РАСТРОВЫЙ ДАТЧИК

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть. использовано в качестве датчика скорости вращения.

Известно устройство, предназначенное для работы в составе систем измерения или регулирования скорости вращения, содержащее измерительный радиальный растр, жестко- устанавливаемый на валу, угол поворота которого иэмеряется, индикаторный растр, осветитель и фотоприемную систему, расположенные так, что при вращении измерительного растра происходит модуляция светового потока, а сигнал с фотоприемника усиливается и формируется усилителем-формирователем (1) .

Недостатком этого устройства является погрешность измерения,обусловленная зксцентрнситетом измерительного растра.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является оптический . 25 растровый датчик, содержащий диск с измерительным растром, два осветителя, два индикаторных растра, два приемника излучения, установленных в проходящем свете à индикаторными 30 растрами. Индикаторные растры устанавливают в диаметрально противоположных точках измерительного растра, а выходы приемников излучения подключают к дифференциальным входам усилителя-формирователя. Ввиду.введения второго индикаторного растра (совместно с осветителем-и приемником излучения) удается скомпенсировать составляющую погрешности измерения угла поворота вала, которая определяется зксцентриситетом измерительного растра (2).

Недостатком этого устройства является то, что в малогабаритных приборных датчиках с расположением индикаторных растров на диаметрально противоположных позициях как правило не удается обеспечить освещение обоих приемников излучения от общего источника света. При разных же источниках трудно обеспечить одинаковость сигналов и их независимость от внешних дестабилизирующих факторов, что влечет за собой дополнительные погрешности измерения, Цель изобретения - повьхаение точности измерения датчика.

Эта цель достигается тем, что диск снабжен концентрическим раст949501 ром, сопряженным с вторым индикаторным растром, при этом индикаторные растры расположены по отношению к измерительному растру на ортогональных радиусах.

На фиг.1 приведена схема датчика на фиг.2 - пример конструктивного исполнения двудорожечного растрового диска на фиг. 3 — кинематическая схема на фиг.4 — временные диаграм1 мы, поясняющие принцип работы датчи- 10 ка.

Датчик содержит и мерительный растровый диск 1, источник 2 света, первый индикаторный растр 3 второй расто 4, первый .5 и второй б приемни-15 ки излучения, зеркально-линзовый распределитель 7 света и усилительформирователь 8.. Пример расположения растровых дорожек показан на фнг.2.

Измерительный растровый диск 1 установлен на валу, угол поворота которого измеряется, С дорожкой 9 радиального растра сопряжен индикаторный растр 3. С концентрическим растром 10 сопряжен индикаторный растр 4. Свет от источника 2 через зеркально-линзовый распределитель

7 попадает сквозь растровые сопряжения на приемники 5 и 6 излучения.

Приемники 5 и б излучения подключены ко входам усилителя-формирователя 8.

При вращении измерительного растрового диска происходит модуляция 35. светового потока, проходящего сквозь радиальное растровое сопряжение на приемник 5 излучения. В моменты пере-хода фотосигнала через пороговый уровень в усилителе-формирователе 8 4О вырабатывается импульс (или перепад) отсчета угла поворота. Если бы измерительный растр вращался вокруг своего геометрического центра, биение измерительного растра отсутствовало бы и световой поток сквозь концентрическое растровое сопряжение не зависел бы от угла поворота растра. В действительности же избежать эксцентриситета не удается, а поэтому световой поток сквозь это сопряжение изменяется с периодом, равным периоду полного, оборота измерительного диска. Этот световой. поток попадает на приемник б излучения, выходной сигнал которого поступает на другой вход усилителя-формирователя.

Этот сигнал смещает сигнал с приемника 5 излучения относительно порогового уровня усилителя-формирователя. таким образом, что момент пересе- 6О чения порогового уровня суммарным сигналом в одном из направлений (снизу-вверх или сверху-вниз ). оказывается независимым от эксцентриситета измерительного растра.

Механизм компенсации погрешности датчика от эксцентриситета поясняется чертежом (фиг.3) и графиками (фиг.4). Средние окружности (фиг.3) обеих растровых дорожек совмещены. условимся, что приемник 5 излучения радиального растрового сопряжения расположен в позиции 11, а приемник.б концентрического растрового сопряжения в.позиции 12. Предполагаем также, что средняя окружность индикаторных растров 13 является образцовой, т.е. относительно ее центра определяется положение центра средней окружности 14 растровых дорожек диска; Смещение центров (фиг.3) в некоторый момент времени показано в виде вектора 15, длина которого представляет собой эксцентриситет измерительного растра (Ьтносительно индикаторного). Проекция этого вектора на радиус, на котором установлен радиальный индикаторный растр, обозначена вектором 16, а на перпендикулярный ему радиус, на котором установлен концентрический индикаторный растр, обозначена вектором

17, При принятом расположении индикаторных растров влиянием составляющей вектора на величину модуляции можно пренебречь по его малости °

Модуляционная картина, таким образом, определяется главным образом составляющей.

Кривые в функции смещения показывают зависимости величин потоков сквозь оба растровых сопряжения при условии равенства шагов их растровых элементов (радиального вдоль средней, или делительной окружности, а концентрического — вдоль радиуса растрового диска). Сплошной линией показана идеализирован" ная зависимость, штриховой — реальная, учитывающая фоновую составляющую, непараллельность потока осветителя, производственные дефекты, внутренние отражения в стеклах диска и маски и т.п. Из этих кривЫх видно, что при оговоренных условиях зависимости идентичны и одну из них можно-использовать для компенсации влияния другой.

Выполняется это так. При работе датчика сигнал с приемника 5 излучения имеет вид кривой, период которой определяется угловой скоростью вращения измерительного растра вокруг его геометрического центра, числом делений в этом растре и величиной горизонтальной составляющей {фиг.3) переносной скорости геометрического центра этого растра относительно геометрического центра индикаторного растра. Последняя составляющая, как следует из рассмотрений характера кривых идентична сигналу с йриемника

949501

C излучения концентрического растрового сопряжения.

Оба сигнала поданы. на входы усили- теля-формирователя, где они складываются, в результате чего получается сигнал, который пересекает уровень 5 порога формирования снизу-вверх (этот уровень на фиг.4 показан нулевым) в равностоящие моменты времени.

Этот процесс можно пояснить следующим образом. t0

При тех же условиях, т.е. при постоянстве угловой скорости вала, фаза сигнала с приемника 5 радиальноzo растрового сопряжения определяется величиной угла поворота в пределах шага растра и величиной составляющей в этот момент времени. Сигнал же с приемника 6 при этом определяется только величиной вектора 15. Если сигнал рассматривать как составляющую порогового напряжения, то, стало быть, порог следит за составляющей вектора 15 фазы сигнала с приемника 5 и компенсирует ее влияние.

Предлагаемая оптическая схема дает возможность строить малогабаритные приборные датчики с освещением обоих растровых сопряжений от общего источника света. Это, как известно, устраняет необходимость поднастройки каналов по мере старения источников света, снимает проблему стабили; еации интенсивности их излучения и, тем самым, обеспечивает высокую эк сплуат ационную надежность и точность датчика. Кроме того, наличие концентрического растра облегчает технологическую процедуру юстировки датчика в процессе сборки.

Формула изобретения

Оптический растровый датчик> содержащий диск с измерительным радиальным растром, осветитель, два индикаторных растра, два фотоприемника, установленных за йндикаторными растрами и подключенных к дифференциальным входам усилителя-формирователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, диск снабжен концентрическим растром, сопряженным с вторым индикаторным растром, при этом индикаторные растры расположены по отношению к измерительному растру на ортогональных радиусах.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бирюков A.Â. и др. Дискретные датчики систем управления электроприводами. — В кн.: Автоматизированный электропривод. Под ред.И.И.Петрова и др. М., Энергия, 1980, с. 198-206.

2. Geiger D.F . . Contrd Eng, 1974, Р 1, с. 56-58 (прототип).

949501

Сост ав ит ель Ю. Власов

Редактор Н. Бобкова Техред М.Рейвес Корректор В. Бутяга

Заказ 5738/32 Тираж В87 Подписное

БНИИПИ Государственного ксиитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4