Фотоэлектрический растровый датчик угловых пермещений

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

765650 (6I) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 09.04.76 (21) 2349763/25-28 (51) М, К., с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (.з Ol В 11/00

Государстееиный комитет

Опубликовано 23.09.80. Бюллетень № 35

Дата опубликования описания 28.09.80 (53) УДК 531.71 (088.8) ло делан изобретений н отерытий (72) Авторы изобретения

H. Д. Махотин, В. В. Титов и А. М. Кочетков (7! ) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ PACTP0BbIA ДАТЧИК

УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к измерительной технике, конкретно к датчикам угловых перемещений, и может быть использовано в системах автоматического регулирования и управления.

Известен фотоэлектрический растровый датчик угловых перемещений, содержащий кольцевые осветитель н фотоприемник и расположенные между ними подвижный и не- подвижный растры (1)

Недостаток этого устройства заключается в его ограниченных функциональных возможностях и низкой надежности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотоэлектрический датчик угловых перемещений, содержащий последовательно расположенные и оптически связанные осветитель, подвижный растр, неподвижный растр со штриховой структурой, выполненной в виде четырех кольцевых секторов, ц1трихи в которых последовательно сдвинуты относительно друг друга на I/4 шаг- растра,,и фотоприемное устройством

Недостатками этого устройства являются большие габариты и недостаточная точность.

Цель изобретения — снижение габаритов датчика и повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в датчике фотоприемное устройство выполнено в виде плоского держателя с гнездами, расположенными по его периметру и фотоприемников, выполненных в виде кристаллов многоэлементных матричных структур, установленных в гнездах плоского держателя, закрепленного на другой стороне неподвижного растра, на котором штриховая структу1О ра выполнена в виде многозонных окон считывания, расположенных по его периметру таким образом, что каждой зоне окна считывания соответствует элемент каждого матричного фотоприемника.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема датчика; на фиг. 2 — держатель с фотоприемниками.

Датчик содержит осветители 1, 2, подвижный растр 3, неподвижный растр 4, плоский держатель 5 из изоляционного материа2в ла, фотоприемники 6, вал 7 в подшипниковом узле, корпус 8.

Подвижный растр 3 жестко крепится к валу 7. Соосно подвижному растру 3 располагается неподвижный растр 4, который

765650

5О

Формула изобретения

3 крепится н корпусе 8 датчика. На подвижном растре 3 имеется кольцевая дорожка с радиальными прозрачными и непрозрачными штрихами.

Неподвижный растр 4 содержит 4г„рав номерно расположенных по окружности окна считывания, каждое из которых представляет четырехзонную штриховую структуру.

Штриховые зоны в окнах считывания сдвинуты пространственно относительно друг друга на 1/4 шага растра таким образом, чтобы при совмещении растров 3, 4 функции пропускания растрового сопряжения были бы сдвинуты в пространстве относительнодруг друга на угол Х/2.

В качестве фоточувствительных элементов в датчике использованы 4-х элементные матричные фотоприемники 6, выполненные на одном базовом кристалле фотодиода.

Кристаллы фотодиодов укладываются в гнезда держателя 5, выполненного из изоляционного материала н форме кольца (фиг. 2)

Количество гнезд в держателе 5 равно числу окон считывания на неподвижном растре

4, а координаты их расположения совпадают с координатами окон считывания. Фотоприемники 6 соединяются между собой по определенным пранилам с помощью печатного монтажа на обратной стороне держателя.

Держатель 5 со смонтированными фотодиодами закрепляется на противоположной штриховому рисунку стороне неподвижного растра 4 таким образом, чтобы штриховые зоны каждого окна считывания совпадали с соответствующими элементами каждого мат- р и ч ного фотои ри ем ни к а 6.

Каждый независимый канал датчика содержит четыре диаметрально расположенных фотоприемника. Число каналов выбирается из условия обеспечения необходимого иоканального резервирования. Со стороны подвижного растра 2 против каждого окна считывания располагаются осветители 1, 2, состоящие, например из светодиода, закрепленного в шаровой оноре, и линзы. (Возможно также применение одного общего осветителя).

Работает датчик следующим образом.

Непрерывное изменение углового положения вала, связанного с контролируемым объектом, преобразуется подвижным и неподвижным растрами в периодическое изменение светового потока между осветителями 1, 2 и фотоприемниками (фотоприемные устройства), при этом фотоприемники 6, реагируя на эти изменения, выдают во внеш30

so нюю цепь периодические электрические сигналы.

С каждого канала датчика снимаются четыре электрических сигнала, сдвинутых ио фазе относительно друг друга на 90 . Это дает возможность строить схемы преобразователей как с амплитудной, так и с фазовой интерполяцией.

Описываемый фотоэлектрический растровый датчик за счет предлагаемого конструктивного выполнения узла съема информации и совмещения его с неподвижным растром обладает значительно меньшими габаритами по сравнению с известными. Кроме того, предлагаемый датчик обладает более высокой точностью, так как в нем съем 4-х фазных сигналов производится одновременно с четырех диаметрально противоположных точек, чем устраняется влияние эксцентриситета на погрешность преобразования.

Предлагаемое устройство обладае также более высокой надежностью, так как в нем обеспечивается как поэлементное, так и покаиальное резервирование.

Фотоэлектрический растровый датчик угловых перемещений, содержащий последовательно расположенные и оптически связанные осветитель, подвижный растр, неподвижный растр, на одной из сторон которого, обращенной к иоднижному растру, нанесена штриховая структура н фотоприемное устройство, отличающийся тем, что, с цельк> уменьшения габаритов датчика и повышения точности измерений, фотоприемное устройство выполнено н виде плоского держателя с гнездами, расположенными по его периметру, фотоприемников, выполненных в виде кристаллов многоэлементных матричных структур, установленных Е3 гнездах плоского держателя, закрепленного на другой стороне неподвижного растра, на котором штриховая структура выполнена в виде многозонных окон считывания, расположенных по его периметру таким образом, что каждой зоне окна считывания соответствует элемент каждого матричного фотоприемника.

Источники информации, принятые во внимание ири экспертизе

I. Авторское свидетельство СССР № 323651, кл. G Ol В 11/26, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР № 396545, кл. Ci Ol В 11/26, 1971 (прототип).

Составитель С. Грачев

Редактор Т Кугрышева Техред К. Шуфрич Корректор О. Ковинскаи

Заказ 6916/15 Тираж 801 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал Г1ПГ! «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4