DE1448903B2

DE1448903B2 - Fotoelektrische abtastvorrichtung

Info

Publication number: DE1448903B2
Application number: DE19631448903
Authority: DE
Inventors: Avon Conn Stoddard John E (V St A)
Original assignee: Pratt & Whitney Co Ine , West Hartford Conn (VStA)
Priority date: 1963-01-16
Filing date: 1963-12-16
Publication date: 1971-03-11
Also published as: DE1448903A1; US3253153A; GB1073959A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine fotoelektrischc Abtastvorrichtung zur Bestimmung der Auslenkung eines mechanischen Fühlers mit einem beweglichen und einem feststehenden Gitter, von denen das eine zwei gegeneinander phasenverschobene jeweils einem fotoelektrischen Element zugeordnete Gitterbereiche aufweist, bei der die fotoelektrischen Elemente einem Multivibrator zugeordnet sind und zur Aussteuerung der fotoelektrischen Elemente eine gemeinsame Lichtquelle vorgesehen ist.

Es ist bereits eine fotoelektrische Abtastvorrichtung dieser Art bekannt (französische Patentschrift 1 205 423), bei der für jede Fotozelle eine gesonderte Lichtquelle vorgesehen ist und bei der jede einzelne Fotozelle einen gesonderten Multivibrator steuert. In jedem der Multivibratoren wird so aus der Belichtungsintensität der beiden Fotozellen eine frequenzproportionale Kippschwingung erzeugt. Diese Kippschwingungen der beiden Multivibratoren werden, teilweise nach Differentiation, miteinander in einem Zähler zusammengeführt, in welchem aus der Anzahl der Impulse digital die Auslenkung des beweglichen Gitters und damit des mechanischen Fühlers bestimmt wird. Diese bekannte Abtastvorrichtung ist im Aufbau relativ kompliziert und störanfällig und erfordert eine Vielzahl von elektronischen Elementen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine fotoelektrische Abtastvorrichtung zur Bestimmung der Auslenkung eines mechanischen Fühlers zu schaffen, die im Aufbau sehr einfach ist und unmittelbar eine lineare Anzeige der Fühlerauslenkung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer fotoelektrischen Abtastvorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in ihrem elektrischen Widerstand beeinflußten fotoelektrischen Elemente in Gegentaktanordnung in das Tastverhältnis der Kippschwingungen bestimmenden Zweigen des Multivibrators angeordnet sind und am Ausgang des Multivibrators ein Anzeigeinstrument vorgesehen ist.

Der eigentliche Anzeigenteil einer erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung besteht also nur aus einer einfachen Multivibratorschaltung, die in bekannter Weise sehr einfach und billig aufgebaut werden kann. Am Ausgang des Multivibrators tritt bei der erfindungsgemäßen Schaltung eine Spannung auf, die im linearen Zusammenhang mit der jeweiligen Fühlerauslenkung steht. Bei der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung wird nur eine einzige gemeinsame Lichtquelle für die beiden fotoelektrischen Elemente verwendet, um Symmetriefehler in der Schaltung zu vermeiden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 zeigt den Prinzipaufbau einer erfindungsgemäßen fotoelektrischen Abtastvorrichtung;

F i g. 2 zeigt den Aufbau der hierbei verwendeten Gitter;

F i g. 3 zeigt die Schaltung des zur Anzeige verwendeten Multivibrators;

F i g. 4 und 5 zeigen an Hand von Diagrammen den Zusammenhang zwischen dem Widerstand der fotoelektrischen Elemente bzw. des Anzeigestromes in Abhängigkeit von der Gitterbewegung.

Die erfindungsgemäße fotoelektrische Abtastvorrichtung zur Bestimmung der Auslenkung eines mechanischen Fühlers 43 umfaßt gemäß F i g. 1 ein ortsfestes Gitter 41, das mit einem beweglichen Gitter 42 zusammenwirkt. Mit dem am beweglichen Gitter 42 befestigten Fühler 43 kann die Höhe der Oberseite eines Gegenstandes 44 gegenüber einer Bezugsebene 45 bestimmt werden. Das Gitter 41 umfaßt zwei Bereiche 41 α und 41 b. Die Breite der Gitterstreifen 46 und 47 des Gitters 41 und der Gitterstreifen 48 und 49 des Gitters 42 ist gleich groß. Das Gitter 42 umfaßt lediglich in der Mitte noch einen breiteren Gitterstreifen 50, dessen Breite doppelt so groß ist wie die Breite der Gitterstreifen 46 und 47. Das Gitter 42 ist so angeordnet, daß seine undurchsichtigen Streifen 48 in Fluchtung mit den undurchsichtigen Streifen 46 des Abschnitts 41 b des Gitters 41 stehen, während gleichzeitig die anderen .!undurchsichtigen Streifen des Gitters 42 auf durchsichtige Streifen 47 des Abschnitts 41 α des Gitters 41 ausgerichtet sind. Die Anordnung der Streifen auf den Gittern kann auch umgekehrt sein. Jedem Gitterabschnitt 41 α und 41b ist ein Fotowiderstand 28 bzw. 30 zugeordnet. Zwischen diesen Fotowiderständen 28 und 30 ist eine Abschirmung 51 vorgesehen.

Vor dem beweglichen Gitter 42 ist eine Lichtquelle 52 in Form einer Lampe 53 vorgesehen, die von einer Stromquelle 54 gespeist ist. In der gezeigten Gitterstellung fällt das von der Lichtquelle ausgehende Licht durch die miteinander fluchtenden durchsichtigen Streifen des beweglichen Gitters 42 und des Gitterabschnitts 41 b. Die undurchsichtigen Streifen des Gitters 42 verhindern, daß Licht durch die durchsichtigen Streifen des Gitterabschnitts 41 £» fällt.

Die beiden Fotowiderstände 28 und 30 sind über die Klemmen 22, 27 und 29 mit einem frei schwingenden Multivibrator 10 verbunden, an dessen Ausgang 20, 21 ein den Mittelwert anzeigendes Meßinstrument 31 angeschlossen ist. Die Schaltung des Multivibrators IO zeigt Fig. 3. Sie umfaßt zwei Transistoren 11 und 12, die über gleich große Widerstände 23 und 24 an einer Speisespannung 19 liegen. Zwischen dem Kollektor des Transistors 11, der gleichzeitig die eine Ausgangsklemme 20 bildet, und der Basis des anderen Transistors 12 ist ein Kondensator 25 und zwischen dem Kollektoranschluß 21 des Transistors 12 und der Basis des anderen Transistors 11 ist ein Kondensator 26 angeordnet. Die beiden Kondensatoren 25 und 26 sind gleich groß bemessen. Zwischen der Basis der beiden Transistoren und dem Schaltungspunkt liegen die beiden Fotowiderstände 28 und 30, die damit zusammen mit den Kondensatoren 25 und 26 die zeitkonstanten Glieder des Multivibrators bilden, die in bekannter Weise das Tastverhältnis und die Frequenz des Multivibrators bestimmen. Wenn die beiden zeitkonstanten Glieder gleich groß bemessen sind, wird eine rechteckige Kippschwingung mit symmetrischem Tastverhältnis abgegeben. Ändert sich jedoch die Zeitkonstante der beiden Zweige beispielsweise durch Änderung der beiden Fotowiderstände R₂₈ und A₃₀, und zwar im gegenläufigen Sinne, so wird bei im wesentlichen gleicher Frequenz das Tastverhältnis mehr oder weniger unsymmetrisch. Die Wirkungsweise solcher Multivibratoren ist an sich bekannt.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung ist folgende: Angenommen, der an dem beweglichen Gitter 42 befestigte Fühler 43 wird in Richtung auf den Gegenstand 44 bewegt, um den Abstand zwischen der Oberfläche des Gegenstandes und der Bezugsebene 45 zu messen. Die durch-

sichtigen Streifen 49 des beweglichen Gitters 42 gegenüber dem oberen Gitterabschnitt 41 a des feststehenden Gitters 41 bewegen sich dann in Richtung auf eine Fluchtung mit den durchsichtigen Streifen 47 des Gitterabschnitts 41a, und die undurchsichtigen Streifen 48 des beweglichen Gitters 42 bewegen sich in Richtung auf eine Fluchtung mit dem durchsichtigen Streifen 47 des Gitterabschnitts 41 b. Diese Bewegung des Gitters 42 bewirkt, daß die Intensität des durch die Gitter auf den Fotowiderstand 28 fallenden Lichtes erhöht und die Intensität des auf den Fotowiderstand 30 fallenden Lichtes verringert wird. Dieser Zusammenhang ist in Fig. 4 dargestellt, wo der wirksame Widerstand der Fotowiderstände 28 und 30 in Abhängigkeit von der Bewegung des Gitters 42 aufgetragen ist. Dieses Diagramm zeigt auch, daß sich die Widerstandswerte der Fotowiderstände im umgekehrten Verhältnis zur Bewegung des Gitters ändern. Diese Änderung der Widerstandswerte der Fotowiderstände bewirkt eine Verringerung der Zeitkonstante des den Kondensator 25 und den Fotowiderstand 28 umfassenden Zweiges und eine Vergrößerung der Zeitkonstante des den Kondensator 26 und den Fotowiderstand 30 umfassenden Zweiges des Multivibrators. Hierdurch wird das Tastverhältnis der Kippschwingung und auch der durch das Meßinstrument 31 fließende resultierende Strom geändert, und zwar im Gegentakt. Der resultierende Strom im Anzeigeinstrument 31 ändert sich im wesentlichen linear in Abhängigkeit von der Bewegung des Gitters 42, wie dies in dem Diagramm nach F i g. 5 dargestellt ist. Dieser Zusammenhang läßt sich mathematisch wie folgt ausdrücken:

ι _ ^28 ~ ^₃₀ 1_T _

+ R

■30

(1)

Hierbei ist

Hierin ist

R_M = Widerstand des Instruments 31,
R₂₃ = Widerstandswert des Widerstandes 23,
R₂A = Widerstandswert des Widerstandes 24,
V = Spannung der Batterie 19,
/1 = vom Transistor 12 zum Instrument

fließender Strom,

I₂ = vom Transistor 11 zum Instrument
fließender Strom.

Da

= K₂₄ und 1_T = I₁ - I₂,

ist

T_T Tr)-

Hierin ist K₁ eine Konstante.
Somit ist

25 I_T = K₁ (■

K R₂₈ ^₂₅ — K R₃₀ C₂₆

K R₂₈ C₂₅ + K R₃₀ C₂₆

■)■

Da

= C₂₆, erhält man

I_T = K₁

^x30

R₁. + R

35

Iτ = resultierender Strom im Instrument 31, ,R₂₈ = effektiver Widerstand

des Fotowiderstandes 28.
R₃₀ = effektiver Widerstand

des Fotowiderstandes 30.

An Stelle der Fotowiderstände 28 und 30 können auch andere fotoelektrische Elemente, wie Fotozellen u. dgl., verwendet werden. Auch an Stelle der dargestellten parallelen Gitterstreifen können andere Streifenanordnungen vorgesehen sein, um beispielsweise eine noch vorhandene Nichtlinearität der Anzeige auszugleichen. Hierdurch kann eine Kompensation der Widerstandscharakteristik der verwendeten fotoelektrischen Elemente herbeigeführt werden.

Es sei

T₁ = K R₂₈ C₂₅
T₂ = KK₃₀C₂₆
T₇- = T₁ + T₂

Hierin ist

(2) (3) (4)

T₁ = Leitfähigkeitszeit des ,Transistors 12,
T₂ = Leitfähigkeitszeit des Transistors 11,
T₇- = Dauer einer Periode

des Multivibrators 10,
K = eine Konstante.

Ferner ist

/1 =

U =

+ R23 V

- (J2/T_T) .

Claims

Patentanspruch:

Fotoelektrische Abtastvorrichtung zur Bestimmung der Auslenkung eines mechanischen Fühler-s mit einem beweglichen und einem feststehenden Gitter, von denen das eine zwei gegeneinander phasenverschobene jeweils einem fotoelektrischen Element zugeordnete Gitterbereiche aufweist, bei der die fotoelektrischen Elemente einern Multivibrator zugeordnet sind und zur Aussteuerung der fotoelektrischen Elemente eine gemeinsame Lichtquelle vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die in ihrem elektrischen Widerstand beeinflußten fotoelektrischen Elemente

(5) (28, 30) in Gegentaktanordnung in das Tastverhältnis der Kippschwingungen bestimmenden Zweigen (11, 12) des Multivibrators (10) angeord-

(6) net sind und am Ausgang (20, 21) des Multi- > vibrators ein Anzeigeinstrument (31) vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen