Оптоэлектронный функциональный преобразователь

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕТЕЛЬСТ ВТОРСХОМУ излучения. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Институт полупроводниковАН Украинской ССР(54)(57) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬ.НЪЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащийразмещенные в светонепроницаемомкорпусе источник излучения, первыйи второй фотоприемники, прозрачныйдиск, закрепленный на входной осивращения и установленный между источником излучения и первым и вторымфотоприемниками, выходы которых подключены к соответствующим входамвыходного дифференциального усилителя, на прозрачном диске установлены аксиально первый и второй оптические фильтры, из которых первыйвыполнен в виде кольца и имеет коэффициент пропускания, изменяющийсяв угловом направлении по линейному закону, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения крутизны выходного напряжения и точности функционального преобразования, в него введена непрозрачная диафрагма, в которой выполнена спиралевидная прорезь постоянной ширины, непрозрачная диафрагма аксиально расположена на втором оптическом фильтре, причем диаметр непрозрачной диафрагмы равен диаметру второго оптического Фильтра, который выполнен в виде диска с коэффициентом пропускания, меняющимся радиально по линейному закону с максимумом на периферии, источник излучения выполнен линейча- Е тым и расположен по всей длине радиу" са прозрачного диска, второй фото- приемник также выполнен линейчатым и расположен по всей длине радиуса второго оптического фильтра, вход Р второго фотоприемника через спиралевидную прорезь непрозрачной диафрагмы, второй оптический фильтр и прозрачный диск оптически связан с выхо. дом источника излучения, а вход первого фотоприемника через первый оптический фильтр и прозрачный диск оптически связан с выходом источника1117665 Изобретение относится к фотоэлектрической автоматике, измерительнойи вычислительной технике и можетнайти применение при конструированииоптоэлектронных потенциометров и аналоговых датчиков угла поворота.Известен оптоэлектронный функциональный преобразователь (ОЭФП), содержащий источник света, щелевой фоторезистор и теневую маску (вращаю- Ощуюся диаФрагму), размещенную междуними и закрепленную на входной осипреобразователя.Точность функционального преобразователя этого прибора составляет 15(0,3+0,57), что является достаточнымдля широкого круга. задач фотоэлектрической автоматики 1,Недостатком данного ОЭФП являетсясравнительно низкий коэффициент деления входного напряжения (не более80 7). Низкий коэффициент деленияобусловлен тем, что в конструкциищелевого фоторезистора премененнымв функции положения теневой маски 25является только одно плечо, в то время как второе имеет постоянное сопротивление и используется как резистор нагрузки .Известен ОЭФП, выполненный наоснове источника света, двух фотоприемников, включенных по баланснойсхеме, двух оптических фильтров спеременным коэффициентом пропусканиясветового потока, расположенных между источником света и фотоприемникамии механически связанных с входнойосью.При этом оптические Фильтры вы -полнены в единой прозрачной подложке 21.Недостатком известного ОЭФПявляется низкая точность функциональ.ного преобразователя, обусловленнаятрудностью получения заданного распределения коэффициента пропусканиясветового потока угловых оптических 45фильтров.Анализ известных конструкций ОЭФПпоказывает, что имеется существенноепротиворечие между точностью функционального преобразования и диапазоном 5 Оизменения коэффициента деления входного напряжения, т.е. его крутизной,Целью изобретения является повышение крутизны выходного напряженияи точности функционального преобразования.Поставленная цель достигаетсятем, что в ОЭФП, содержащий размещенные в светонепроницаемом корпусе источник излучения, первый и второй Фотоприемники, прозрачный диск, закрепленный на входной оси вращения и установленный между источником излучения и первым и вторым фотоприемниками, выходы которых подключены к соответствующим входам выходного дифференциального усилителя, на прозрачном диске установлены аксиально первый и второй оптические фильтры, из которых первый выполнен в виде кольца и имеет коэффициент пропускания, изменяющийся в угловом направлении по линейному закону, введена непрозрачная диафрагма, в которой выполнена спиралевидная прорезь постоянной ширины, непрозрачная диафрагма аксиально расположена на втором оптическом фильтре, причем диаметр непрозрачной диафрагмы равен диаметру второго оптического фильтра, который выполнен в виде диска с коэффициентом пропускания, меняющимся радиально по линейному закону с максимумом на периферии, источник излучения выполнен линейчатым и расположен по всей длине радиуса прозрачного диска, второй фотоприемник также выполнен линейчатым и расположен по всей длине радиуса второго оптического Фильтра, вход второго фотоприемника через спиралевидную прорезь непрозрачной диафрагмы, второй оптический фильтр и прозрачный диск оптически связан с выходом источника излучения, а вход первого фотоприемника через первый оптический фильтр и прозрачный диск оптически связан с выходом источника излучения.На фиг. 1 представлена конструкция ОЭФ 11; на фиг. 2 - прозрачный диск с размещенными на нем оптическими фильтрами (сгущающиеся линии указывают на повьппение оптической плотности); на фиг. 3 - вращающаяся непрозрачная диафрагма ОЭФП, в теле которой имеется спиралевидная прорезь (пунктиром отмечено положение линейчатого Фотоприемника). дЭФП содержит источник 1 излучения, первый 2 и второй 3 фотоприемни. ки, прозрачный диск 4, на котором размещены первый 5 и второй 6 оптические фильтры с переменным коэффициентом пропускания. При этом изменение коэффициента пропускания второго оптического фильтра 6 происходитот минимума к максимуму в радиальном напряжении,. а для первого оптического фильтра 5 - в угловом направ. лении.На оптическом диске 4 закреплена непрозрачная диафрагма 7, имеющая спиралевидную прорезь 8. Прозрачный диск 4 и диафрагма 7 закреплены на входной оси 9 вращения, причем все элементы ОЭФП помещены в светоза О щитный корпус 10, а выходы фотоприемников 2 и 3 подключены к соответствующим входам выходного дифференциального усилителя 11,ОЭФП работает следующим образом, 15Поток излучения источника 1 через оптические фильтры 5 и 6, размещенные на прозрачном диске 4, падает на фотоприемники 2 и 3. Активная пло. щадь фотоприемника 2 полностью осве О щена частью потока излучения от источника 1. Уровень освещенности фотоприемника 2 определяется коэффициентом пропускания первого оптического фильтра 5, величина которого из меняется от минимального до максимального значения в пределах угла поворота входной оси 9. При этом происходит соответствующее изменение осве щенности активной поверхности фотоприемника 2, вследствие чего амплитуда сигнала, выделяемого фотоприемником 2, является функцией углового положения входной оси 9.Часть потока излучения от источ- З 5 ника 1 попадает на линейчатый фото- приемник 3, проходя через второй оптический фильтр 6 и спиралевидную прорезь 11 в непрозрачной диафрагме 7 Посколько форма спиралевидной 4 О прорези 8 в непрозрачной диафрагме 7 изменяется в пределах угла поворота входной оси 9 от центра непрозрачной диафрагмы 7 и. к его периферии, то на пути потока излучения, ориентирован ного на линейчатый фотоприемник 3, появляются участки оптического фильтра 6 с различной величиной коэффициента пропускания, что приводит к соответствующему изменению освещеннос ти участка активной поверхности фотоприемника 3 и, следовательно, к изменению амплитуды выделяемого им сигнала. В процессе углового перемещения входной оси 9 область переменной 55 освещенности сканирует в радиальном направлении по активной поверхности фотоприемника 3. Для обеспечения работы дифференциального усилителя 11 целесообразно выбирать форму спиралевидной прорези 8, во вращающейся диафрагме, 7 таким образом, что бы изменения освещенности фотоприемников 2 и 3 происходили в противофазе. При этом крутизна изменения выходного напряжения в диапазоне угловых перемещений входной оси 9 является максимальной.Высокая точность функционального преобразования в предлагаемом ОЭФП достигается следующим образом.Поскольку выходной характеристи,кой этого преобразователя является зависимость амплитуды выходного напряжения дифференциального усилителя 11 от .угла поворота, которое формируется на основе сигналов, поступающих от фотоприемников 2 и 3, то все виды неоднородностей (нелинейность люкс-амперной характеристики фотоприемников 2 и 3, пространственная неоднородность распределения коэффициентов пропускания оптических фильтров 5 и 6) могут быть скомпенсированы соответствующим в зависимости от угла поворота входной оси 9 изменением амплитуды одного из сигналов, поступающих на вход усилителя 11. Для предлагаемого ОЭФП такое согласование параметров реализуется подбором формы спиралевидной прорези 8 непрозрачной диафрагмы 7.Конструктивные особенности предлагаемого ОЭФП и использование для согласования его параметров специальной формы спиралевидной прорези 8 непрозрачной диафрагмы 7 позволило создать ОЭФП с линейной функцией в диапазоне углов 0+356 при погрешности менее 0,12 7. и коэффициенте деления входного напряжения от 0,002до 0,998. При этом неоднородностьраспределения коэффициента пропускания светового потока углового оптического фильтра 5 составляла +8 7,радиального оптического фильтра 6+3,7 7, пространственная неоднородность фотопроводимости линейчатогофотоприемника 3 +(3+5) 7, неоднородность потока источника 1 излучения +12,8 Е. Таким образом, использование изобретения позволяет применить для создания прецизионньм ОЭФП конструктивные элементы оптоэлектронного тракта с существенными и нерегулярными по характеру распределения пространственными неоднородностями.1117665 иг. Составитель Ю,Козловедактор А.Шишкина Техред С. Легез а Корректор И. Эр Заказ 7223/35ВН 1303 ул .Проектная, 4 нт", г.ужг илиад ППП "П ТиражИИПИ Государспо деламМосква, Ж698 Подписное венного комитета СССР зобретений и открытийРаушская наб., д. 4/