Оптический растровый датчик

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик нц 949501(22) Заявлено Об 0580 (21) 2922221/18-10 1511 М Кп 3 с присоединением заявки М 9 О 01 Р 3/36 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытийОпубликовано 070882. Бюллетень М 9 29Дата опубликования описания 070882 аявител 4) ОПТИЧЕСКИЙ РАСТРОВЫЙ ДАТЧИ 0 дис тИзобретение относится к контрольн измерительной технике и может быть использовано в качестве датчика скорости вращения.Известно устройство, предназначен ное для работы в составе систем измерения или регулирования скорости вращения, содержащее измерительный радиальный растр, жесткоустанавливаемый 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 эксцентриситетом измерительного растра.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является оптический растровый датчик, содержащий диск сизмерительным растром, два осветителя, два индикаторных растра, два приемника излучения, установленных в проходящем свете за индикаторными растрами. Индикаторные растры устанавливают в диаметрально противоположных точках измерительного растра 5а выходы приемников излучения подключают к дифференциальным входам усилителя-формирователя. Ввиду.введения второго индикаторного растра (совместно с осветителем.и приемни ком излучения) удается скомпенсиро"вать составляющую погрешности измерения угла поворота вала, которая определяется эксцентриситетом измерительного растра (2).Недостатком этого устройства 5 является то, что в малогабаритныхприборных датчиках с расположением индикаторных растров на диаметрально противоположных позициях как правило не удается обеспечить осве щение обоих приемников излучения отобщего источника света. При разных же источниках трудно обеспечить одинаковость сигналов и их независимость от внешних дестабилиэирую щнх Факторов, что влечет за собойдополнительные погрешности иэмерениЦель изобретения - повьхаение точности измерения датчика.Эта цель достигается тем, что к снабжен концентрическим расром, сопряженным с вторым индикаторным растром, при этом индикаторные растры расположены по отношению к измерительному растру на ортогональных радиусах.Яа фиг.1 приведена схема датчика 5 на фиг.2 - пример конструктивного исполнения двудорожечного растрового диска на фиг.З - кинематическая схема на фиг.4 - временные диаграм" мы, поясняющие принцип работы датчи ка.Датчик содержит измерительный растровый диск 1, источник 2 света, первый индикаторный растр 3, второй растр 4, первый .5 и второй б приемники излучения, зеркально-линзовый распределитель 7 света и усилитель- формирователь 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 4 О 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 55 другой вход усилителя-формирователя. Этот сигнал смещает сигнал с приемника 5 излучения относительно порогового уровня усилителя-формирователя. таким образом, что момент пересе О чения порогового уровня суммарным сигналом в одном из направлений(снизу-вверх или сверху-вниз). оказывается независимым от эксцентриситета измерительного растра. Механизм компенсации погрешностидатчика от эксцентриситета поясняется чертежом (фиг.З) и графиками(фиг.4). Средние окружности (фиг.Зобеих растровых дорожек совмещены.условимся, что приемник 5 излучениярадиального растрового сопряжениярасположен в позиции 11, а приемник.б концентрического растровогосопряжения в.позиции 12. Предполагаемтакже, что средняя окружность индикаторных растров 13 является образцовой, т.е. относительно ее центра определяется положение центра средней окружности 14 растровых дорожекдиска; Смещение центров (фиг.З)в некоторый момент времени показанов виде вектора 15, длина которогопредставляет собой эксцентриситетизмерительного растра (Ьтносительноиндикаторного). Проекция этого вектора на радиус, на котором установлен радиальный индикаторный растр,обозначена вектором 16, а на перпендикулярный ему радиус, на которомустановлен концентрический индикаторный растр, обозначена вектором17, При принятом расположении индикаторных растров влиянием составляющей вектора на величину модуляцииможно пренебречь по его малостиМодуляционная картина, таким образом, определяется главным образомсоставляющей,Кривые в функции смещения показывают зависимости величин потоковсквозь оба растровых сопряженияпри условии равенства шагов ихрастровых элементов (радиальноговдоль средней, или делительной окружности, а концентрического - вдольрадиуса растрового диска). Сплошной линией показана идеализирован"ная зависимость, штриховой - реальная, учитывающая фоновую составляющую, непараллельность потока осветителя, производственные дефекты,внутренние отражения в стеклах дискаи 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 работедатчика сигнал с приемника 5 излучения имеет вид кривой, период которой определяется угловой скоростьювращения измерительного растра вокруг его геометрического центра, числом делений в этом растре и величинойгоризонтальной составляющей (фиг,3)переносной скорости геометрическогоцентра этого растра относительногеометрического центра индикаторногорастра, Последняя составляющая, какследует из рассмотрений характеракривых идентична сигналу с йриемникаС 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. 30При тех ае условиях, т.е. при постоянстве угловой скорости вала, фаза сигнала с приемника 5 радиального 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.25Предлагаемая 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 эксплуатационную надежность и точность датчика. Кроме того, наличие концентрического растра облегчает технологическую процедуру юстировки датчика в процессе сборки.ф формула изобретенияОптический растровый датчик содержащий диск с измерительным радиальным растром, осветитель, два индикаторных растра, два фотоприемника, установленных за йндикаторнымирастрами и подключенных к дифференциальным входам усилителя-формирователя, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности измерения, диск снабжен концентрическим растром, сопряженным свторым индикаторным растром, приэтом индикаторные растры расположены по отношению к измерительномурастру на ортогональных радиусах.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Бирюков А.В. и др. Дискретныедатчики систем управления электроприводами. - В кн.: Автоматизированный электропривод. Под ред.И.И.Петрова и др., М., Энергия , 1980,с. 198-206.2. Ое 1 дег О,Р . Сопсгй Епд,1974, 9 1, с. 56-58 (прототип).949501 игЗ Фи едактор Н. Бобков акаэ 5738/ илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ВНИИПИ по д 113035, МСоставитель Ю. Власов Техред М.Рейвес Корректор В. Бутяг Тираж В 87 Подписноеосударственного ксиитета СССРам иэобретений и открытийква, Ж, Раушская наб д. 4/5