NL2000789C2

NL2000789C2 - Sensor voor standbepaling.

Info

Publication number: NL2000789C2
Application number: NL2000789A
Authority: NL
Inventors: Reinoud Felix Wolffenbuttel; Ger De Graaf; Johannes Adrianus Petrus Leijtens
Original assignee: Univ Delft Tech; Nl Organisatie Tno
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2009-02-02

Description

Sensor voor standbepaling

De uitvinding heeft betrekking op een sensor voor standbepaling omvattende ten minste een lichtgevoelige detector die een elektrisch signaal of signalen afgeeft in afhankelijkheid van een positie van lichtinval op de detector, en een op de 5 lichtgevoelige detector aangesloten uitleesschakeling voor verwerking van het elektrisch signaal of signalen tot een sensor-signaal dat indicatief is voor de sensorstand, welke uitleesschakeling voorzien is van een elektrische voeding.

Een dergelijke sensor is bijvoorbeeld bekend uit de 10 ruimtevaart en wordt daarin gebruikt voor standregeling van een satelliet, voor positieregeling van een zonnepaneel, en voor standregeling van antennes. Het gebruik van een dergelijke sensor is overigens niet tot deze toepassingen beperkt.

De uit de stand van de techniek bekende sensor bezit 15 ten minste één, maar doorgaans meer optische detectoren die op een platform van een satelliet zijn geplaatst waarvan de stand ten opzichte van de zon bepaald dient te worden. De standbepaling van de sensor levert zodoende ook de stand van de satelliet ten opzichte van de zon op.

20 De sensor omvat verder een uitleesschakeling in de vorm van bijvoorbeeld een meetversterker die voorzien is van een separate voeding. Deze voeding wordt in de stand van de techniek verschaft door een separaat zonnepaneel. Dit zonnepaneel kan een centraal zonnepaneel van een satelliet zijn, of een zonnepaneel 25 dat eigenstandig op de behuizing van de sensor is geplaatst.

Reeds geruime tijd bestaat er een behoefte om tot een verdere miniaturisering van de sensor volgens de aanhef te komen, teneinde een gewichtsbesparing te bereiken, hetgeen mogelijk maakt dat de satelliet in combinatie waarmee de sensor kan 30 worden toegepast, kleiner kan worden uitgevoerd en waardoor in het algemeen kosten kunnen worden bespaard ten aanzien van de met een dergelijke satelliet uit te voeren missie.

Deze en andere doelen volgens de uitvinding worden bereikt met een sensor die gekenmerkt is door een of meer van de 35 aangehechte octrooiconclusies.

De sensor volgens de uitvinding is in een eerste aspect gebaseerd op het verrassend inzicht dat een besparing in zowel componenten, dimensies als gewicht mogelijk is door de sensor uit te voeren zodanig dat de lichtgevoelige detector tevens de 2 elektrische voeding vormt.

Voor de lichtgevoelige detector komt binnen het kader van de uitvinding in wezen iedere geschikte detector in aanmerking, met name een detector die geselecteerd is uit de groep om-5 vattende een serieschakeling van twee diodes, en een array van ten minste twee bij twee geplaatste fotodiodes. Met een dergelijk array dat twee bij twee geplaatste fotodiodes omvat, kan een standbepaling in twee dimensies worden uitgevoerd.

Wanneer een sensor wordt toegepast die is uitgerust met 10 een serieschakeling van twee diodes, is daarmee standbepaling in een dimensie mogelijk.

Een verder aspect van de sensor volgens de uitvinding betreft de voorkeursuitvoeringsvorm die erdoor gekenmerkt is dat de lichtgevoelige detector een 2x2 array van fotodiodes is, 15 welke in een plat vlak liggen, en dat op het vlak van de fotodiodes een uitsteeksel is aangebracht. Het uitsteeksel heeft hierbij de functie om bij belichting van de sensor door de zon een schaduwvlek te werpen op het array van fotodiodes zodat deze fotodiodes een onderscheidenlijke belichting ontvangen die afhan-20 kelijk is van de stand die de sensor ten opzichte van de zon inneemt. Hierbij wordt geen afbreuk gedaan aan de hiervoor genoemde functie van de door de fotodiodes gevormde lichtgevoelige detector, te weten dat de fotodiodes tevens de elektrische voeding vormen waartoe deze onafhankelijk van de stand van de sensor bij 25 belichting een potentiaalverschil opleveren.

Het op basis van de belichting van de fotodiodes bepalen van de sensorstand kan het eenvoudigst verlopen wanneer het uitsteeksel rechtstandig op het vlak van de fotodiodes is geplaatst. Het geniet daarbij ook de voorkeur dat het uitsteeksel 30 midden tussen de fotodiodes is geplaatst.

De sensor volgens de uitvinding is dan verder bij voorkeur zo uitgevoerd dat de uitleesschakeling is ingericht voor het meten van verschilstromen tussen fotodiodes uit het 2x2 array, en dat de uitleesschakeling uit deze verschilstromen het 35 sensorsignaal afleidt dat indicatief is voor de sensorstand.

Een eenvoudige en zeer geschikte realisatievorm van de sensor volgens de uitvinding is die waarin de fotodiodes uit het 2x2 array geschakeld zijn in twee groepen fotodiodes, waarbij iedere groep twee in serie geschakelde fotodiodes omvat, en dat 40 ten minste een groep fotodiodes voedend gekoppeld is met de uitleesschakeling.

Bij voorkeur is hierbij de uitleesschakeling ingericht 3 voor het meten van de verschilstroom tussen de twee fotodiodes van een groep in serie geschakelde fotodiodes.

De uitvinding zal hierna aan de hand van een specifiek uitvoeringsvoorbeeld dat niet beperkend is ten aanzien van de 5 aangehechte octrooiconclusies nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening.

In de tekening toont: - fig. 1 een schematische weergave van de sensor volgens de stand van de techniek; 10 - fig. 2 een schematische weergave van de schakeling van de sensor volgens de uitvinding; - fig. 3 en fig. 4 een schematische weergave van enkele gebruikssituaties van een voorkeursuitvoeringsvorm van de sensor volgens de uitvinding, tezamen met een elektrisch schakelschema 15 van een onderdeel van de sensor.

In de figuren gebruikte gelijke verwijzingscijfers verwijzen naar dezelfde onderdelen.

Verwijzend nu eerst naar fig. 1 wordt met verwijzingsci jfer 1 de sensor volgens de stand van de techniek aangeduid, 20 welke een lichtgevoelige detector 2 omvat die een elektrisch signaal 3 afgeeft in afhankelijkheid van een positie van lichtinval op de detector 2. Voorts is op de detector 2 een uitlees-schakeling 4 aangesloten voor verwerking van het elektrisch signaal 3 tot een sensorsignaal 5 dat indicatief is voor de stand 25 van de sensor 1 ten opzichte van de gebruikte lichtbron, doorgaans de zon.

Voor de voeding van de uitleesschakeling 4 is voorzien in een separate elektrische voeding 6 waarbij in de regel gebruik wordt gemaakt van een serieschakeling van fotodiodes 7 die 30 voedend gekoppeld zijn met de uitleesschakeling 4.

Verwijzend nu naar fig. 2 wordt de sensor 1 volgens de uitvinding getoond. Deze sensor 1 omvat eveneens een lichtgevoelige detector 2 die een elektrisch signaal 3 afgeeft in afhankelijkheid van een positie van lichtinval op de detector 2. Verder 35 is op de lichtgevoelige detector 2, evenals in de stand van de techniek, een uitleesschakeling 4 aangesloten voor verwerking van het elektrisch signaal 3 tot een sensorsignaal 5 dat indicatief is voor de stand van de sensor 1.

Volgens de uitvinding wordt in de elektrische voeding 40 van de uitleesschakeling 4 voorzien doordat de lichtgevoelige detector 2 tevens de elektrische voeding 6 vormt.

Hierna zal de uitvinding verder aan de hand van een 4 voorkeursuitvoeringsvorm worden toegelicht die geselecteerd is uit de groep omvattende een serieschakeling van twee diodes, en een array van ten minste twee bij twee geplaatste fotodiodes. De voorkeursuitvoeringsvorm betreft de uitvoering van de lichtge-5 voelige detector 2 als een array van ten minste twee bij twee geplaatste fotodiodes.

Figuur 3 en figuur 4 tonen in figuur 3A en figuur 4A een dergelijke lichtgevoelige detector 2 met fotodiodes 8, 9, 10, 11 die liggen in een plat vlak dat overeenkomt met het vlak 10 van de tekening. Het elektrisch schakelschema van deze fotodiodes 8, 9, 10, 11 is zeer schematisch in de figuren 3C en 4C weergegeven en aangeduid met de verwijzingscijfer 8', 9', 10' en 11' .

Figuur 3A toont de in het vlak van de tekening liggende 15 fotodiodes 8, 9, 10 en 11 tezamen met een vlek 12, welke een belichting representeert van deze fotodiodes 8, 9, 10 en 11 in een eerste (neutrale) stand van de detector 2. In figuur 3B is deze belichting in zijaanzicht getoond en is tevens duidelijk zichtbaar dat op de detector 2, althans op het vlak van de fotodiodes 20 8, 9, 10 en 11 een uitsteeksel 13 is geplaatst. Dit uitsteeksel 13 is getoond in de voorkeurspositie waarin deze rechtstandig op het vlak van de fotodiodes 8, 9, 10 en 11 is geplaatst en daartussen een centrale positie inneemt. Deze centrale positie houdt in dat het uitsteeksel 13 midden tussen de fotodiodes 8, 9, 10 25 en 11 is geplaatst, hetgeen ook duidelijk zichtbaar is in figuur 3A.

In de neutrale eerste stand van de detector 2 zoals getoond in figuur 3A en figuur 3B vindt een gelijke belichting plaats van de fotodiodes 8, 9, 10 en 11, zodat de verschilstro-30 men II en 12 (zie figuur 3C) tussen de fotodiodes 8' en 10' respectievelijk 9' en 11' 0 bedragen.

Bij een andere stand van de sensor waarvan de detector 2 deel uitmaakt, hoort ook een andere belichting van de fotodiodes 8, 9, 10 en 11 zoals schematisch getoond in figuur 4A en 4B. 35 Figuur 4B toont een duidelijke scheefstand van de de tector 2 waarbij fotodiode 9 minder licht ontvangt dan de andere fotodiodes 8, 10 en 11.

In het in figuur 4C weergegeven elektrisch schema van deze fotodiodes is dit getoond doordat er een van 0 afwijkende 40 verschilstroom 12 ontstaat tussen de fotodiodes 9' en 11'. De verschilstroom II tussen de diodes 8' en 10' bedraagt nog steeds 0, aangezien deze beide fotodiodes een gelijke hoeveelheid licht 5 ontvangen.

De zojuist bedoelde verschilstromen II en 12 waarvan hiervoor het ontstaan is toegelicht onder verwijzing naar de figuren 3 en 4, worden in een uitleesschakeling 4 zoals getoond in 5 figuur 2 verwerkt, waartoe deze uitleesschakeling 4 is ingericht voor het meten van de verschilstromen II en 12 tussen de fotodi-odes 8, 9, 10 en 11 uit het 2x2 array voor het vormen van het sensorsignaal 5 (zie figuur 2) dat indicatief is voor de stand van de sensor 1 waarvan detector 2 deel uitmaakt.

10 De figuren 3 en 4 laten verder zien dat de fotodiodes 8, 9, 10 en 11 uit het getoonde 2x2 array geschakeld zijn in twee groepen fotodiodes 8, 10 respectievelijk 9, 11 waarbij iedere groep twee in serie geschakelde fotodiodes omvat. De fotodiodes 8, 10 of de fotodiodes 9, 11 of beide groepen fotodiodes 15 zijn voedend gekoppeld met de uitleesschakeling 4 die getoond is in figuur 2.

Claims

1- Sensor (1) voor standbepaling, omvattende ten minste een lichtgevoelige detector (2) die een elektrisch signaal (3) of signalen afgeeft in afhankelijkheid van een positie van 5 lichtinval op de detector (2), en een op de lichtgevoelige detector (2) aangesloten uitleesschakeling (4) voor verwerking van het elektrisch signaal (3) of signalen tot een sensorsignaal (5) dat indicatief is voor de sensorstand, welke uitleesschakeling (4) voorzien is van een elektrische voeding (6), met het ken- 10 merk, dat de lichtgevoelige detector (2) de elektrische voeding (6) vormt.

2. Sensor (1) volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de lichtgevoelige detector (2) geselecteerd is uit de groep omvattende een serieschakeling van twee diodes, en een array van 15 ten minste twee bij twee geplaatste fotodiodes.

3. Sensor (1) volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de lichtgevoelige detector (2) een 2x2 array van fotodiodes (8, 9, 10, 11) is, welke in een plat vlak liggen, en dat op het vlak van de fotodiodes (8, 9,10, 11) een uitsteeksel 20 (13) is aangebracht.

4. Sensor (1) volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het uitsteeksel (13) rechtstandig op het vlak van de fotodiodes is geplaatst.

5. Sensor (1) volgens conclusie 3 of 4, met het ken- 25 merk, dat het uitsteeksel (13) midden tussen de fotodiodes (8, 9, 10, 11) is geplaatst.

6. Sensor (1) volgens een der conclusies 3-5, met het kenmerk, dat de uitleesschakeling (4) is ingericht voor het meten van verschilstromen (II, 12) tussen fotodiodes (8, 9, 10, 30 11) uit het 2x2 array, en dat de uitleesschakeling uit deze verschilstromen het sensorsignaal afleidt dat indicatief is voor de sensorstand.

7. Sensor (1) volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de fotodiodes (8, 9, 10, 11) uit het 2x2 array geschakeld zijn 35 in twee groepen fotodiodes (8, 10 en 9, 11), waarbij iedere groep twee in serie geschakelde fotodiodes omvat, en dat ten minste een groep fotodiodes voedend gekoppeld is met de uitleesschakeling (4) .

8. Sensor (1) volgens conclusie 6 en 7, met het ken- 40 merk, dat de uitleesschakeling (4) is ingericht voor het meten van een verschilstroom (II, 12) tussen de twee fotodiodes (8, 10 respectievelijk 9, 11) van een groep in serie geschakelde fotodiodes .