Фотоэлектрический преобразователь перемещений

 

(72) Авторы изобретения

В. В. Ефимов, С. В. Пугачев, В. Б. (7!) Заявитель (S4) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПЕРЕМЕШЕНИЙ

Изобретение относится к измерительной . технике и может быть использовано в ус ройствах для контроля, индикации и нзмеренин перемещений.

Известен фотоэлектрический преобразователь перемещений, содержащий источник света и последовательно расположенные на оптической оси заслонку, жестко связанную.с перемещающимся объектом, маску с двумя равновеликими профнлированными окнами, симметричными относительно оптической оси и развернутыми относительно друг друга на 180о, и дьфференииальный фотоприемник, включенный в мос- . товую схему с гальванометром в измерительной диагонали (1) .

Недостатками данного устройства являются большая инерционность, температурная погрешность, возможность преобразования перемещений только по одной оси го и сложность конструкции.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является фотоэлектрический.

2 преобразователь перемещений, содержащий источник света, последовательно установленные по ходу светового луча теневую маску с двумя равновеликими окнами, жест ко связываемую с объектом, плоскость которой перпендикулярна оптической оси источника света, и позиционно-чувствительный фотоприемник, источник питания, и регистратор (2 j .

Недостатком этого устройства являе1ся невозможность преобразования переме щений по двум координатам.

Бель изобретения - расширение функ циональных возможностей за счет обеспечения преобразования перемещения по двум координатам.

Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрическом преобразователе перемещений, содержащем источник света, последовательно установленные по ходу светового луча теневую маску с двумя равновеликими окнами, жестко связывае-мую с объектом, плоскость которой пер" пендикулярна оптической оси источника

3 9605 света, и позиционно-чувствительный фотоприемник, источник питания и регистратор, позиционно-чувсивительный фотоприемник выполнен в виде фотопотенциометра, резистивный слой которого имеет выводы на концах и один в середине для соединения соответственно с отрипательным и положительным полюсом источника питания, два вывода, расположенных симметрич-, но среднему выводу, подключенные к вхо- щ ду определения перемещения по оси 1 ре гистратора, фотопроводящий-и коллекторный слой фотопотенциометра разделейй на две равные части вдоль их поперечной оси диэлектрическим слоем, каждая часть jg коллекторного слоя имеет вывод, подключенный к входам определения перемещений по оси Х регистратора, окна теневой мас ки выполнены таким образом, что одноимец« ные точки их расположены симметрично оптической оси источника света, а величи-. на их сечений, параллельных оси чувствительности 6.. опотенциометра, монотонно изменяется.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого преобразователя; на фиг, 2 функциональная схема фотопотенциометра; на фиг. 3 - графики зависимости, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь содержит источник 1 света и установленные по ходу светового луча теневую маску 2 с двумя равнове..;якими окнами„фотопотенциометр 3, источник 4 питания которого подсоединяется z концам и середине резистивного слоя

5. Резистивный слой 5 имеет дополнитель35 ные симметрично расположенные относительно его середины выводы 6 и 7, подключенные к входам регистрации переме щений по оси Y регистратора (не показан).

46

Фотопроводящий и коллекторный слои 8 и 9 фотопотенциометра 3 разделены вдоль их поперечной оси диэлектрическим слоем

1GÄ а каждая из частей коллекторного слоя 9 имеет выводы 11 и 12, которые подключены к входам измерения переме4ф щений по оси Х регистратора (не показан)

Преобразователь работает следующим образом.

При исходном положении перемещающегося объекта и жестко связанной с ним Е теневой маской 2 свет от источника 1, пройдя через окна теневой маски 2, осветит фотопотенциометр 3 (фиг. 2). в виде засвеченных областей 13 и 14, причем на обеих половинах фотоцотенциометра 3 освещаются равные и симметричные очносительно середины участки фотопроводящего слоя 8. При этом распределение

28 4 потенциала на резистивном слое 5 такое, как изображено на графике (фиг. 3) сплошной линией. Выводы 11 и 12 подсоединены через низкоомный коллекторный слой 9 и в областях освещения - фото проводящий слой 8 к точкам резистивного слои 5, которые имеют равные потеьциалы в силу равенства засвеченных областей 13 и 14 и их симметричности относительно середины.

Потенциал вывода 12 равен потенциал резистивногослоя 5 в точке Х, которая является Йачалом засвеченной области14

t и определяется выражением:

О

Ч12 Х1 1 (1)

Ц2- где U — напряжение питания фотопотенциометра 3;

- длина фотопотенциометра 3;

6 - длина засвеченной области 14 фо топроводяшего слон 8.

Потенциал вывода 11 равен потенпиалу вывода 12 в силу равенства 0 =8„, (2) где 8 - длина засвеченной области 13 фотопроводящего слоя 8, и симметричнос» ти областей 14 и 13 относительно поперечной оси фотопотенпиометра 3. Это отражено на графике (фиг. 3) горизонтальными участками, расположенными на одном уровне.

Потенциал вывода 6 выражается следующим: —.X, (Ь>

U ь ðю ь где Х,- координата вывода 6. При этом ему равен Ч., - потенциал вывода 7 - в силу условия (2) и симметричности расположения выводов 6 и 7 относительно середины фотопотенциометра 3.

1 аким образом, при исходном положении теневой маски 2 потенциалы на выходах 12 и 11 равны между собой и разность этих потенциалов Ug= О, также как и потенциалы на выводах 6 и 7 равны между собой и их разность U = О.

Если же теневая маска,2 переместится вместе с перемещающимся объектом вдоль оси Х на расстояние вХ, то распределение потенциала на резистивном слое 5 изменится, как это изображено штриховой штией на графике (фиг. 3). При этом потенпиалы на выводах 12 и 11 изменяются н& одинаковую ви ичину —..аХ, (4)

U g -В, 96052 причем, если Ч 1 уменьшится, то потенциал Ч,., увеличится на такую же величину в силу сохранения условия (2) и разность между ними будет чр 2. X ° ()

О = Ч - «ь р- е+

I полнен в виде фотопотенциометра, резистивный слой которого имеет выводы на концах и один в середине для соединения соответственно с отрицательным и положительным полюсом источника питания,, два вывода, расположенных симметрично среднему выводу, подключенные к входу . определения перемещения по оси Y регист ратора, фотопроводящий и коллекторный слой фотопотенциометра разделены на две равные части вдоль их поперечной оси

На графике (фиг. 3) это отразится перемещением его горизонтальных участков вдоль наклонных, при этом наклоны останутся прежними, а значит и потенциа: лы выводов 6 и 7 не изменятся, а их разность останется равной нулю, т. е.

U. О. Это говорит а том, что переме3 шение маски 2 вдоль оси X влияет только на напряжение U, которое пропорционал но смешению вдоль оси Х и имеет соответствующий ему знак.

В случае перемещения маски 2 вдоль оси Ч (фиг. 1) распределение потенциала также изменится,. но теперь горизонтальные участки графика (фиг. 3) останутся на прежних одинаковых уровнях, а вот 1 и 813 изменятся-на оди23 Ц наковую величину, но разнонаправленно.

Так, если 8,уменьшится на 2 йх вследствие перемещения маски 2 по оси Y вниз, то 0< увеличится на 2 3Х, что отражено на графике (фиг. 3) последова- 3© тельностью точек. При этом изменятся и потенциалы Ч и Ч.. И разница между ними будет:

räå 6 - длина засвеченной области 14 фотопроводящего слоя 8 в исходном состоянии.

При условии (2rSX) (C (Ц1-а„4) (7) выражение (6) определяет величину и направление перемещения по оси Y . При этом, если перемещения по оси Х нет, напряжение U< останется нулевым.

36

В случае перемещения теневой маски 2 по обеим осям - X u Y - о величине и направлении этих перемещений несут информацию величины и знаки соотвем=твенно напряжений 01и 0„.

Таким образом, вьптолнение в фотоэлектрическом преобразователе перемеще8 б ний позиционно-чувствительного фотоприемника в виде фотопотенциометра, источник питании которого подсоединяется к середине и концам его реэистивного слоя, имеющего дополнительные симметричные относительно середины выводы, причем фотопроводящий и коллекторный слои фотопотенциометра разделены вдоль его поперечной оси диэлектрической прослойкой, а каждая иэ частей коллекторного слоя имеет вывод, позволяет преобразовать перемещения по двум координатам.

Формула изобретения

Фотоэлектрический преобразователь перемещений, содержащий источник света, последовательно установленные по ходу светового луча теневую маску с двумя равновеликими окнами, жестко связываемую с объектом, плоскость которой перпендикулярна оптической оси источника света, и позиционно-чувствительный фотоприемник, источник питания и регистратор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных воэмож.ностей путем обеспечения преобразования перемещений по двум координатам, поэиционно-чувс твительный фотоприемник выдиэлектрическим слоем, каждая часть коллекторного слоя имеет вывод, подключенный к входам определения перемещений по оси Х регистратора, окна теневой маски выполнены таким образом, что одноименные точки их расположены симметрично оптической оси источника света, à величина их сечений, параллельных оси чувствительности фотопотенциометра, монотонно изменяется.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 397754, кл. Q 0.1 D 5/32, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

N 532760, кл. G 01П 5/32, 1975 (прототип) .

960528

Составитель Е. Глазкова

Редактор А. Козориз Техред С.Мигунова Корректор А Ференц

Заказ 7245/45 Тираж 614 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4