Преобразователь перемещения в код

(5 т) М, Кл 608 С 9/О рисоединением заявкиударствеинмй комитетСССРделам иэебрвтвнийн аткрытнй(088.8) публиковано 25,01.79. БюллетеньФДата опубликования описаиия 28 01 7 дрилюк и С, В, Свечников 72) Лвт изо) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КО зобретения реобразов Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к функциональным схемам фотоэлектрических датчиков положения, н может быть испольаовано для измерения перемещения границы темной и светлой областей в технологических высокотемпературных процессах, например в выращивании кристалла из расплава, и в других процессах, где имеются самосветящиеся объекты контроля, связь с которыми возможна лишь оптическим путем. итРабота фотоэлектрических датчиков положения основана на явлении фотопроводнмости, т,е, на изменении электропроводности полупроводников под действием излучения.Известные фотоэлектрические цифровые датчики положения, содержащие источник света; кодирующую маску, фотоприемник с целевой диафрагмой н электронный блок (1 ),:. требуют механического контакта с контролируемым объектом, либо установки иа контро-20 лируемом объекте зеркала или диафрагмы, Поэтому они не могут быть использованы для измерения перемещений темной,и светлой областей. 2Известны фотоэлектрические аналоговые датчики положения полубесконечного светового поля, содержащие объектив, позицион. но-чувствительный аналоговый фотоприемник, выяолиениый в виде нанесенной на подложку светочувствительной площадки с двумя электродами, к измерительную цепь (2.Иедостатком этих датчиков является значительная погрешность преобразования за счет яркости свечения контролируемого объекта во времеви, а также за счет собст- венного дрейфа позиционного-чувствительного аналогового фотоприемника.Один из этих недостатков, а именно погрешность аа счет собственного дрейфа фо. топриемника, устранен .в наиболее близком по технической сущности к заявляемому техническому решению преобразователе иеремещения, содержащий объектив и фотоприемники с электродами, соединенными с измерительным блоком 3.Однако, этот датчик за счет изменения яр кости свечкин контролируемого объекта во времени имеет погрешность "преобразования не менее 2%.Целью данного и является по вышение точности и ания.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе перемещения в код фото- приемник выполнен в виде расположенных между электродами дискретных дорожек с чередующимися чувствительными и нечувствительными к световому потоку ячейками, причем дорожки одного разряда сдвинуты относительно друг друга так, что чувствительные ячейки одной дорожки расположены против нечувствительных ячеек другой, а измерительный блок выполнен из параллельных цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных дифференциальных цепочек и усилителей, выходы которых подключены к триггеру.На приведенном чертеже изображена функциональная схема преобразователя перемещения в код.Предлагаемый преобразователь перемещения в код содержит измерительный блок 1, объектив (на чертеже не показан), фото- приемник 2, расположенный за объективом и выполненный в виде дискретных фоточувствительных дорожек, представляющих собой чередование ячеек 3, чувствительных к световому потоку, и ячеек 4, нечувствительных к световому потоку, с электродами 5, расположенными на границе дискретных фоточувствительных дорожек. Для реализации п-разрядного кода необходимо 2 п дорожек, причем дорожки одного разряда сдвинуты относительно друг друга таким образом, что чувствительные ячейки 3 одной дорожки расположены против нечувствительных ячеек 4 другой. Количество ячеек младшего разряда зависит от требуемой точности преобразования положения в код, а количество ячеек старших разрядов зависит от вида выбранного кода.Фотоприемник 2 укреплен таким образом, что фоточувствительные дорожки перпендикулярны к определяемой границе светового поля.Посредством электродов 5 (в количестве 2 п+1) и измерительного блока 1, содержащего нагрузочные резисторы 6 (в количестве п) и источники питания 7 и 8 (в количестве 2), осуществляется попарно дифференциальное включение дискретных фоточувствительных дорожек, реализующих п разрядов кода. Измерительный блок 1 также содержит дифференцирующие цепочки 9 и 10, усилители 11 и 12, триггер 13.Преобразователь перемещения в код работает следующим образом.Изображение контролируемого объекта с помощью объектива проецируется на плоскость пленочного фотоприемника 2 в виде границы светлой и темной областей. На нагрузочном резисторе 6, общем для двух дискретных фоточувствительных дорожек, рейлизующих один разряд, токи с первой и второй дорожек вычитаются. Если число освещенных чувствительных к световому потоку ячеек 3 одной дорожки равно числу освещенных45 50 55 зуемо для технологии фотолитографии на фоторезисторных планках СЮ, СЮе, то точность датчика составит 0,1%.Таким образом, наличие в измерительном блоке фотоэлектрического датчика положения, содержащего объектив и пленочный фотоприемник с электродами, связанными с измерительным блоком, дифференцирующих цепочек, усилителей, триггера и выполнение фотоприемника в виде расположенных между токоведущими электродами дискретных фоточувствительных дорожек с чередующимися чувствительными и нечувствительными к световому потоку ячейками со сдвигом дорожек одного разряда относительного другдруга таким образом, что чувствительные ячейки одной дорожки расположены противнечувствительных ячеек другой, позволило представить перемещение границы темной чувствительных к световому потоку ячеек 3 второй дорожки этого же разряда, то на общем нагрузочном резисторе 6 этого разряда ток будет отсутствовать.При смещении границы светового поляна ширину одной ячейки число освещенных чувствительных к световому потоку ячеек 3 одной дорожки будет отличаться от числа освещенных чувствительных к световому потоку ячеек 3 другой дорожки, реализующей тот же разряд, на единицу. В результате на нагрузочном резисторе 6, общем для двух дорожек, появится сигнал.Смешение границы темной и светлой областей будет вызывать появление на нагру зочном резисторе 6 периодической серии прямоугольных импульсов положительной полярности.Эти импульсы поступают на дифференцирующие цепочки 9 и 10, а затем соответственно на усилители 11 и 12. Усилитель 11 усиливает положительные импульсы, поступившие с дифференцирующей цепочки 9 в результате дифференцирования передних импульсов на нагрузочном резисторе 6. Усилитель 12 усиливает отрицательные импульсы, поступающие с дифференцирующей цепочки 10 в результате дифференцирования задних ,фронтов импульсов на нагрузочном резисторе 6.Импульсы с усилителей 11 и 12 поступаютсоответственно на нулевой и единичный вхо- ЗО ды триггера 13, устанавливая его в состояние О или 1.Так как ширина ячеек (шаг квантования)каждого разряда различны, то каждому линейному положению границы темной и светлой областей соответствует вполне определенная кодовая комбинация на выходе триггера 13.Теоретически достижимая точность преобразования предлагаемого фотоэлектрического датчика положения определяется чис лом ячеек младшего разряда.Если количество ячеек младшего разряда выбрать равным 10, что вполне реали643942 Формула изобретения ставительхред О. Лраж 709 азарки)я Редактор Д, МенуЗаказ 8029/47ЦНИИП вил рипенко орректо одписно Государс ела м изо осква, Ж Патент та СССР крытий наб. д. 45 ул. Проектнавенного комитретений и о35, Раушскаяг. Ужгород,113035, Мфилиал ППП и светлой областей в цифровой форме и по.высить точность преобразования до 0,1%. Преобразователь перемещения в код, содержащий объектив и фотоприемник с электродами, соединенными с измерительным блоком, отличающийся тем, что, с целью повыше О ния точности преобразования,фотоприемник выполнен в виде расположенных между электродами дискретных дорожек с чередующимися чувствительными и нечувствительными к световому потоку ячейками, причем дорожки одного разряда сдвинуты друг отно сительно друга так, что чувствительные ячейки одной дорожки расположены протйвнечувствительных ячеек другой, а измерительный блок выполнен из параллельных цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных дифференцирующих цепочек и усилителей; выходы которых подключены к триггеру. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР430420, кл. Сд 08 С 9/06, 02,02.73,2. Авторское свидетельство СССР387412, кл. Ст 08 С 9/06, 05.03.70,3. Журнал Полупроводниковая техника и микроэлектроника,8, 1972, с. 93, рис. 4 б.