DE1448903C - Fotoelektrische Abtastvorrichtung - Google Patents
Fotoelektrische AbtastvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine fotoelektrische 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.
. 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 erfindungsgemäB dadurch gelöst, daß die in ihrem elektrischen Widerstand beeinflußten fotoelektrischpn
Elemente in Gegentaktahordnung 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 A,usführungsbeispiel näher erläutert. .
Fig. 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 Abtastvor richtung zur Bestimmung der Auslenkung eines
mechanischen Fühlers43 umfaßt gemäß Fig. 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
.15 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 41 b 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
Gitterabsehnitts 41b. Die undurchsichtigen Streifen
des Gitters 42 verhindern, daß Licht durch die durchsichtigen Streifen des Gitterabschnitts 41 b 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 R30, 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 Abtastvor-, richtung 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 41 a, 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 Fig. 5 dargestellt
ist. Dieser Zusammenhang läßt sich mathematisch wie folgt ausdrücken:
IT =
R2H - R
30
X3O
(1)
Hierbei ist
IT =
R28 =
jR30 =
Es sei
resultierender Strom im Instrument 31, effektiver Widerstand
des Fotowiderstandes 28.
effektiver Widerstand
des Fotowiderstandes 30.
des Fotowiderstandes 28.
effektiver Widerstand
des Fotowiderstandes 30.
T1-K R2S C25 ,
T"1 7/" TJ fi
Tt = T1 +° T2.
Hierin ist
Hierin ist
(2)
(3)
(4)
T1 = Leitfähigkeitszeit des Transistors 12,
T2 = Leitfähigkeitsze'it des Transistors 11,
T7- = Dauer einer Periode
T2 = Leitfähigkeitsze'it des Transistors 11,
T7- = Dauer einer Periode
des Multivibrators 10,
K = eine Konstante.
K = eine Konstante.
Ferner ist
^24
Hierin ist
RM =
M Widerstand des Instruments 31,
23 = Widerstandswert des Widerstandes 23,
24 = Widerstandswert des Widerstandes 24,
V = Spannung der Batterie 19,
V = Spannung der Batterie 19,
Z1 = vom Transistor 12 zum Instrument
fließender Strom,
I2 = vom Transistor 11 zum Instrument
I2 = vom Transistor 11 zum Instrument
fließender Strom.
Da
R
R
23
= R24. und I1. = I1 - I2,
ist
IT =
JL
Hierin ist K1 eine Konstante.
Somit ist
Somit ist
K R-,ο C-
-28WS
K R-I
26
K R-,α C-,.= + K R-xn C-
Da C,, = C76, erhält man
= K,
R2, + R
(10)
■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.
Claims (1)
- Patentanspruch:Fotoelektrische 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, dadurch gekennzeichnet, daß die in ihrem elektrischen Widerstand beeinflußten fotoelektrischen Elemente (28, 30) in Gegentaktanordnung in das Tastverhältnis der Kippschwingungen bestimmenden Zweigen (11, 12) des Multivibrators (10) angeordnet sind und am Ausgang (20, 21) des Multivibrators ein Anzeigeinstrument (31) vorgesehen ist.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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