CS242969B1 - Fotoelektrické číslicové čidlo polohy - Google Patents

Abstract

Fotoelektrické číslicové čidlo polohy je určeno pro přesné snímání mechanického posunutí, nebo úhlu natočení. Měřený objekt je mechanicky spojen s pohyblivou clonkou, umístěnou mezi světelným zdrojem a fotocitlivými prvky obrazového polovodičového snímače, například řádkově uspořádanými. Výstup obrazového snímače je připojen přes zesilovač a amplitudový selektor na vyhodnocovací zařízení, které vyhodnocuje počet osvětlených fotocitlivých prvků obrazového snímače udávající polohu měřeného objektu jako počet elektrických impulsů, čidlo dává předpoklad využití zejména u miniaturních mechanismů se snímáním polohy do několika centimetrů nebo úhlu natočení do 180°.

Description

Vynález se týká fotoelektrického číslicového čidla polohy s polovodičovým obrazovým snímačem.

Dosud známá fotoelektrická číslicová čidla polohy pracují bud na přírůstkovém principu, nebo pracují jako čidla absolutní s využitím kódových obrazců. Nevýhodou čidel s přírůstkovým principem je možnost znehodnocení Informace o poloze rušivými signály, poruchami v napájení a podobně.

Další nevýhodou přírůstkového měření polohy je to, že číselný údaj je výsledkem integrace předchozích změn, takže případné nepřeánosti při snímání a zpracování přírůstků se hromadí a chyba snímání polohy může obecně vzrůstat s časem.

Nevýhodou absolutních čidel s kódovými obrazci jsou vysoké nároky na výrobní technologie, složitost a robustnost, takže je nelze realizovat v miniaturním provedení.

Podstata fotoelektrického číslicového čidla polohy podle vynálezu spočívá v tom, že měřený objekt je mechanicky spojen s pohyblivou clonkou, umístěnou mezi světelným zdrojem a fotocltlivými prvky obrazového polovodičového snímače, jehož vstupy jeou připojeny k výstupům generátoru řídicích signálů a výstup polovodičového obrazového snímače je připojen přes zesilovač na vstup amplitudového selektoru, který má připojen výstup na jeden ze vstupů vyhodnocovacího zařízení a druhý vstup tohoto vyhodnocovacího zařízení je připojen ke generátoru řídicích signálů.

Hlavní výhody fotoelektrického číslicového čidla polohy podle vynálezu jsou v tom, že toto čidlo umožňuje absolutní .snímání polohy s číslicovým výstupem a dává předpoklad využití zejména pro miniaturní mechanismy se změnami polohy do několika centimetrů, nebo úhlu natočení do 180°.

Na připojeném výkresu je na obr. 1 uvedeno principiální blokové schéma příkladu fotoelektrického číslicového čidla podle vynálezu s řádkovým polovodičovým obrazovým snímačem a na obr. 2 je uveden příklad časových průběhů signálů na vstupech vyhodnocovacího zařízení.

Pohyblivá celona £, která je mechanicky spojena s objektem, jehož polohu chceme zjiš£ovat, je umístěna mezi světelným zdrojem £ a fotocltlivými prvky £, které jsou součástí polovodičového obrazového snímače £.

Fotocitlivé prvky 3, uspořádané například v.řádku jsou zakrývány pohyblivou clonou £. Počet fotocltlivých prvků £ osvětlených světelným zdrojem 2 je pak úměrný souřadnici x /obr. 1/, odpovídající vyhodnocované poloze.

Polovodičové obrazové snímače £, vyráběné v současné době například na principu nábojově vázaných struktur a určené pro snímání televizního obrazu, obsahují kromě fotocitlivých snímacích prvků £ i obvody pro zpracování optických signálů a obvody pro převod optických signálů a obvody pro převod optických signálů jednotlivých fotocltlivých prvků £ na elektrické impulsy.

činnost takovýchto průmyslově vyráběných obrazových snímačů £ je zabezpečována generátorem £ řídicích signálů, který dodává na vstupy obrazového snímače £ elektrické signály, definované výrobcem snímače.

Na výstupu obrazového snímače £ je pak periodicky se opakující série elektrických impulsů u níž velikost prvního impulsu odpovídá intenzitě osvětlení prvního fotocitlivého prvku 3, velikost druhého impulsu v sérii odpovídá intenzitě osvětlení druhého fotocitlivého prvku £ atd.

Přivedou-li se tyto výstupní signály obrazového snímače _4 například přes zesilovač 2 na vstup amplitudového selektoru T_, budou mít na tomto vstupu impulsy odpovídající osvět leným fotocitlivým prvkům 2 větší úroveň, než impulsy, odpovídající zacloněným fotooitlivým prvkům 2·

Amplitudový selektor Ί. ztvaruje na normovanou úroveň pouze impulsy, které překročí je ho nestavenou prahovou hladinu, tj. pouze impulsy, odpovídající osvětleným fotocitlivým prvkům 2 obrazového snímače' _4· ^z výstupu amplitudového selektoru T_ pak přichází na jeden vstup vyhodnocovacího zařízení 2 skupina impulsů, v níž počet impulsů n odpovídá počtu osvětlených fotocitlivýoh prvků' 2 obrazového snímače 2 /průběh b na obr. 2/ a je tudíž úměrný souřadnici' x, udávající polohu clonky 2 ^a tím i polohu měřeného předmětu /obr. 1/.

Pro zabezpečení činnosti vyhodnocovacího zařízení £ jsou na jeho druhý vstup přivedeny synchronizační signály z výstupu generátoru 2 řídicích signálů a tyto synchronizační signály udávají například počátek jednotlivých skupin výstupních impulsů amplitudového selektoru T_ /průběh a na obr. 2/. Amplitudový selektor £ může být realizován například pomocí napěťového komparátoru.

Funkci vyhodnocovacího zařízení 2 může plnit například čítač nebo část mikroprocesorového systému a podobně. Vyhodnocovací zařízení 2 může být také vybaveno elektrickým výstupem v /obr. 1/ pro další zpracování.

Průmyslově vyráběné obrazové snímače 2 obsahují například v řádkovém uspořádání 256 až několik tisíc fotooitlivých elementů. Proto je možné fotoelektrickým čidlem podle vynálezu dosáhnout vysoké přesnosti měření polohy i u relativně malých posunutí.

Fotoelektrický snímaě podle vynálezu je možné dále využít i pro snímání úhlu natočení například v rozsahu do 180°. Clonka 2 může být s měřeným objektem spojena přes převodové ústrojí.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Fotoelektrické číslicové čidlo polohy vyznačené tím, že měřený objekt je mechanicky spojen s pohyblivou clonkou /1/, umístěnou mezi světelným zdrojem /2/ a fotocitlivým! prvky /3/ polovodičového obrazového snímače /4/, jehož vstupy jsou připojeny ke generátoru /5/ řídicích signálů a výstup obrazového snímače /4/ je připojen přes zesilovač /6/ na vstup amplitudového selektoru /7/, který má připojen výstup na jeden vstup vyhodnocovacího zařízení /8/ je připojen ke generátoru /5/ řídicích signálů.