Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код

(5 03 М 1 30 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИ ЕЛЬСТВ(57) Из тике ижет быт измерен Целью и ние точ мерен акт тавлен тоэ еремеще(54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД бретение относится к автомаычислительной технике и моиспользовано для цифрового я линейных перемещений.обретения является повьппеости, расширение диапазона й и линеаризация выходной истики преобразователя. Пося цель достигается тем, что ектрический преобразователь ния в код, содержащий источ1494217 ник 1 излучения, щелевую диафрагму 2, фотоприемники 3,4, суммирующий усилитель 5, резисторный делитель 6 напряжения компараторы 7-9 усилий 15 тель 10 постоянного тока и дешифратор 11, дополнительно между источником излучения и фотоприемниками введен волоконно-оптический преобразователь, выполненный в виде двух паке тов световодов 13,14, входные торцы 15,16 которых уложены в плоскость, периендикулярную направлению излучению, и образуют прямоугольный эк,.ран, а выходные торцы 17,18 в соот- ветствии с укладкой входных торцов 15,16 собраны в два пучка и через соответствующие оптические системы 19,20 сопряжены с фотоприемниками 3,4, Кроме того, диафрагма 2 жестко связана с источником 1 излучения Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для цифровогоизмерения линейных перемещений,Цель изобретения - повышение тачности, расширение диапазона измерения перемещения, а также линеаризация выходной характеристики преобразователя,Важнейшим параметром работы фотоэлектрического преобразователя перемещения в код является разрешающаяспособность, которая ограничена,во-первых, такими параметрами фото-,приемников, как величина отношения 40сигйал/шум, среднее квадратическоезначение шума, пороговая и интегральная чувствительность, во-вторых,такими параметрами волоконно-оптического преобразователя, как площадь 45чувствительного слоя и оптическиесвойства (коэффициенты пропускания,преломления, отражения и апертурныйугол), Разрешающая способность однозначно определяет младший разряд50преобразователя, тогда минимальнаяплощадь Б, освещаемая входным лучом,для каждого пакета световодов и соответствующая младшему разряду определяется из соотношения:Р 0Я1миНгде у - отношение сигнал/шум фотоприемника; и имеет щель шириной, равной шагуквантования преобразователя, Приэтом распределение световоцов в волоконно-оптическом преобразователена два пакета осуществлено по закону обратной нелинейной световойхарактеристики фотоприемников 3,4Освещаемая входным лучом минимальная площадь для каждого пакета световодов оп е еляетя иэ соотношенияР С,мин л Е , где р - отношение"03 с исигнал/шум фотоприемников 3,4; С , -среднее квадратичное значение шума;кбэффициент пропускания волоконно-оптического преобразователя;чувствительность по напряже,нию, Е- пороговая освещенностьфотоприемников 3,4. 1 з.п. ф-лы,1 ил,среднее квадратичное значение шума,коэффициент пропускания волоконно-оптиче"кого преобразователя,чувствительность по напряжению,Е- пороговая освещенность фотоприемника,Предлагаемая математическая зависимость позволяет выбрать для определенного типа фотоприемников оптимальную минимальную площадь для младшего разряда фотопреобразователя,и наоборот, для определенной конфигурации волоконно-оптического преобразователя - оптимальный тип фотоприемника,На чертеже представлена функциональная схема фотоэлектрическогопреобразователя перемещения в код.фотоэлектрический преобразователь перемещения в код содержит пространственно связанный с положениемобъекта источник 1 излучения " щелевой диафрагмой 2, фотоприемники 3и 4, суммирующий усилитель 5, рели торный делитель 6 напряжения, и компараторов 7-9, усилитель 10 постоянного тока, дешифратор 11, (и+1,1-йкомпаратор 12, волоконно-оптическийпреобразователь, состоящий из двухпакетов световодов 13 и 14, входные торцы 5 и 16 ко 1 орых уложеныв плоскости, перпендикулярной направлению излучения, и образуют прямоугольный экран, а выходные торцы 17и 18 в соответствии с укладкой входных торцов 15 и 16 собраны в два пуч 5ка и через соответствующие оптические системы 19 и 20 (в конкретномисполнении через соответствующиефокусирующие наборы линз) сопряженыс фотоприемниками 3 и 4, Иэображениедиафрагмы 2 в плоскости входных торцов 15 и 16 образует прямоугольнуюсветовую полоску 2 1.Преобразователь работает следующим 9 бразом,Параллельнь" световой поток, формируемый источником 1 излучения, проходя через щелевую диафрагму 2, ширина которой равна шагу квантованияпреобразователя перемещения в код,образует на поверхности входных торцов 15 и 16 перемещающуюся световуюполоску 21, которая засвечивает некоторые входные торцы как в пакете 2513 световодов, так и в пакете 14 световодов.Для линеаризации выходной характеристики разделение световодов в волоконно-оптическом преобразователе на две части осуществлено по закону обратной нелинейной световой характеристики фотоприемников 3 и 4, За счет такого выполнения волоконнооптического преобразователя световая полоска 21 засвечивает неодинаковое количество входных торцов 15 пакета 13 световодов и входных торцов 16 пакета 14 световодов. При движении световой полоски 2 1 площадь засветки 4 О (количество) одних входных торцов (например входных торцов 15 пакета 13 световодов) уменьшается, а других (входных торцов 16 пакета 14 световодов) увеличивается, В соответствии 45 с этим изменяется оптическая мощность на выходах ойтических систем 19 и 20 (фокусирующих линз), которые преобразуют цифровой оптический сигФ нал в аналоговый, и изменяются значения фототоков на выходах фотоприемников 3 и 4, Таким образом, световой поток в виде узкой прямоугольной полоски 21 с четкими границами сканирует по входным торцам 15 и 16 волоконно-оптического преобразователя, далее поток излучения, разделенный на два канала, преобразуется в оптических системах 19 и 20 в пропорциональные оптические аналоговые сигналы и проходит на фотоприемники 3 иПри перемещении полоски 2 1 с одного края волоконно-оптического преобразователя на другой суммарный фототок двух фотоприемников 3 и 4 остается постоянным. Ширина световой полоски 2 1 (ширина щели диафрагмы 2)выбирается равной шагу квантованияпреобразователя, а длина выбираетсяс учетом чувствительности фотоприемников 3 и 4 излучения равной суммарной ширине входных торцов 15 и 16 волоконно-оптического преобразователя,что ведет к постоянству величинынапряжения на выходе суммирующегоусилителя 5,Благодаря незначительной толщинесветоводов удается получьть высокуюдискретность в измерении,Для повышения разрешающей способности преобразователя компараторы7-9 работают в режиме с минимальновозможным гистерезисом. Коэффициентыусиления суммирующего усилителя 5и усилителя 10 постоянного тока выбираются такими, что при полной эасветке фотоприемника 3 напряжения на ихвыходах равны между собой и равныБ. Выходной код снимается с выходовдешнфратора 11.Формула изобретения 1. Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий источник излучения, щелевую диафрагму, два фотоприемника, выход первого иэ которых соединен с первым входом суммирующего усилителя и входом усилителя постоянного тока, выход которого соединен с первыми входами и компараторов (где и - разрядность преобразователя), выход второго фотоприемника соединен с вторым входом суммирующего усилителя, выход которого соединен с первым входом резисторного делителя напряжения и входом (и+1)-го компаратора, выход которого соединен с управляющим входом дешифратора, второй вход резисторного делителя напряжения подключен к шине нулевого потенциала, а выходы соединены с вторыми входами соответствующих и компараторов, выходы которых соединены с соответствующими информационными входами дешифратора, выходы которого являются выходами преобразователя, о т л и -Заказ 4130/56 Тираж 884 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности и расширения диапазона измерений преобразователя, внего введены две оптические системыи волоконно-оптический преобразователь, выполненный в виде двух пакетов световодов, а щелевая диафрагмажестко соединена с источником излучения, волоконно-оптический преобразователь установлен перед диафрагмой, входные торцы световодов обоихпакетов уложены в плоскости перемещения и образуют прямоугольныйэкран, обращенный в сторону диафрагмы, а выходные торцы световодов каждого пакета через соответствующуюоптическую систему оптически связаны 5, с соответствующим фотоприемников.2, Преобразователь пр п. 1, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью линеариэации выходной характеристики преобразователя, входные торцысветоводов волоконно-оптическогопреобразователя распределены междупакетами вдоль направления перемещения по закону обратной нелинейнойсветовой характеристики фотоприем