PL214612B1 - Sposób przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne do pomiaru przemieszczeń i układ do przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne do pomiaru przemieszczeń - Google Patents

Sposób przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne do pomiaru przemieszczeń i układ do przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne do pomiaru przemieszczeń

Info

Publication number
PL214612B1
PL214612B1 PL387342A PL38734209A PL214612B1 PL 214612 B1 PL214612 B1 PL 214612B1 PL 387342 A PL387342 A PL 387342A PL 38734209 A PL38734209 A PL 38734209A PL 214612 B1 PL214612 B1 PL 214612B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
photoelement
output
photoelements
summation node
signals
Prior art date
Application number
PL387342A
Other languages
English (en)
Other versions
PL387342A1 (pl
Inventor
Marek Dobosz
Grzegorz Zamiela
Original Assignee
Politechnika Warszawska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Warszawska filed Critical Politechnika Warszawska
Priority to PL387342A priority Critical patent/PL214612B1/pl
Publication of PL387342A1 publication Critical patent/PL387342A1/pl
Publication of PL214612B1 publication Critical patent/PL214612B1/pl

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 214612 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 387342 (51) Int.Cl.
G01B 9/02 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 25.02.2009
Sposób przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne (54) do pomiaru przemieszczeń i układ do przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne do pomiaru przemieszczeń
(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono: POLITECHNIKA WARSZAWSKA, Warszawa, PL
30.08.2010 BUP 18/10 (72) Twórca(y) wynalazku:
MAREK DOBOSZ, Warszawa, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: GRZEGORZ ZAMIELA, Warszawa, PL
30.08.2013 WUP 08/13 (74) Pełnomocnik:
rzecz. pat. Krystyna Lewińska
PL 214 612 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne do pomiaru przemieszczeń i układ do przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne do pomiaru przemieszczeń, stosowany zwłaszcza w interferometrze laserowym.
Znany jest sposób przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne do pomiaru przemieszczeń za pomocą fotoelementów ustawionych w jednej linii i równo od siebie odległych, który polega na zmianie przemieszczenia trzpienia pomiarowego na ciąg impulsów elektrycznych. W układzie pomiarowym wytwarza się strefy prążków świetlnych, naprzemiennie jasnych i ciemnych, które przemieszczają się przed fotodetektorem. Pojawiające się w trakcie pomiaru cykliczne zmiany strumienia świetlnego powodują proporcjonalne zmiany sygnału elektrycznego generowanego przez fotodetektor. Aby możliwe było rozpoznanie kierunku przesuwu prążków świetlnych i w efekcie kierunku ruchu wzorca lub reflektora urządzenia pomiarowego konieczne jest wytworzenie dwóch sygnałów wyjściowych przesuniętych względem siebie fazowo o ±90°, przy czym znak przesunięcia informuje o kierunku przemieszczenia.
W rozwiązaniu według polskiego opisu patentowego 165 797 zmiany strumienia świetlnego detekuje się za pomocą pięciu fotoelementów usytuowanych w szeregu w jednakowej odległości od siebie. Odległość między środkami kolejnych fotoelementów mierzona w kierunku największych zmian rozkładu intensywności pola prążkowego jest równa ¼ stałej prążka. W opisywanym rozwiązaniu jeden z dwu sygnałów wyjściowych tworzy się przez odjęcie od sygnału fotoelementu środkowego sygnału będącego połową sumy sygnałów z fotoelementów skrajnych. Drugi sygnał tworzy się z różnicy sygnałów fotoelementów usytuowanych po obu stronach fotoelementu środkowego.
Wadą opisanego rozwiązania jest duża czułość tych układów na miejscowe zaburzenia pola prążkowego, a także mała dokładność przetwarzania sygnału w funkcji częstotliwości.
Celem wynalazku jest zmniejszenie czułości układu na zaburzenia pola prążkowego.
Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że zmiany strumienia świetlnego detekuje się za pomocą 13 fotoelementów. Pierwszy z dwu sygnałów wyjściowych tworzy się przez zsumowanie sygnałów z fotoelementu piątego i fotoelementu dziewiątego z połową wartości sygnału oraz z fotoelementu pierwszego i fotoelementu trzynastego oraz ujemnych wartości sygnałów, z fotoelementu trzeciego, z fotoelementu siódmego i z fotoelementu jedenastego. Drugi sygnał wyjściowy tworzy się przez zsumowanie sygnałów z fotoelementu drugiego, z fotoelementu szóstego i z fotoelementu dziesiątego oraz ujemnych wartości sygnałów z fotoelementu czwartego, z fotoelementu ósmego i z fotoelementu dwunastego.
Istota układu według wynalazku polega na tym, że zawiera trzynaście fotoelementów, z których pierwsza grupa ma wyjścia połączone z pierwszym węzłem sumacyjnym, którego wyjście połączone jest poprzez dzielnik przez dwa z wejściem czwartego węzła sumacyjnego, a wyjścia drugiej grupy fotoelementów połączone są z wejściami drugiego węzła sumacyjnego, którego wyjście połączone jest poprzez pierwszy wzmacniacz z drugim wejściem czwartego węzła sumacyjnego, a wyjścia trzeciej grupy fotoelementów połączone są z wejściami trzeciego węzła sumacyjnego, którego wyjście połączone jest z trzecim wejściem czwartego węzła sumacyjnego o wyjściu będącym wyjściem pierwszego, sygnału elektrycznego, zaś wyjścia czwartej grupy fotoelementów połączone są poprzez piąty węzeł sumacyjny z pierwszym wejściem siódmego węzła sumacyjnego, którego drugie wejście połączone jest poprzez drugi wzmacniacz z wyjściem szóstego węzła sumacyjnego, z którego wejściami połączone są wyjścia piątej grupy fotoelementów, zaś wyjście siódmego węzła sumacyjnego stanowi wyście drugiego sygnału elektrycznego.
Wynalazek jest bliżej objaśniony przykładowo na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy układu przetwarzania zmian strumienia świetlnego na pierwszy i drugi sygnał elektryczny wraz z schematycznym rozkładem prążków interferencyjnych względem układu trzynastu fotoelementów, a fig. 2 schemat blokowy układu przetwarzania zmian strumienia świetlnego na pierwszy i drugi sygnał elektryczny, wraz z schematycznym rozkładem prążków interferencyjnych względem układu trzynastu fotoelementów.
Zgodnie ze sposobem zmiany strumienia świetlnego detekuje się za pomocą 13 fotoelementów (F1 ...F13) równo od siebie odległych i ustawionych w jednej linii wzdłuż osi prostopadłej do kierunku analizowanych prążków świetlnych. Pierwszy z dwu sygnałów wyjściowych II tworzy się przez zsumowanie sygnałów I5, J9 z fotoelementu piątego F5 i fotoelementu dziewiątego F9 z połową wartości syPL 214 612 B1 gnału Ii oraz Jjg z fotoelementu pierwszego F1 i fotoelementu trzynastego F13 oraz ujemnych wartości sygnałów J3, J7, J^, z fotoelementu trzeciego F3, z fotoelementu siódmego F7 i z fotoelementu jedenastego F11, a drugi sygnał wyjściowy Jg tworzy się przez zsumowanie sygnałów J2, Jg, J10 z fotoelementu drugiego F2, z fotoelementu szóstego F6 i z fotoelementu dziesiątego F10 oraz ujemnych wartości sygnałów I4, Jg, J12 z fotoelementu czwartego F4, z fotoelementu ósmego F8 i z fotoelementu dwunastego F12, zgodnie z zależnościami:
JJ = (JJ + Ι13)/2 + (J5 + J9) - (J3 + J7 + J11)
JJJ = (J2 + J6 + J10) - (J4 + J8 + J12)
Układ wyposażony jest w trzynaście fotoelementów F1, ...F13 równo od siebie odległych i ustawionych w jednej linii wzdłuż osi prostopadłej do kierunku analizowanych prążków świetlnych. Odległość pomiędzy środkami dwóch sąsiednich fotoelementów, mierzona w kierunku największych zmian rozkładu intensywności pola prążkowego, równa jest nominalnie jednej czwartej części okresu prążka.
Układ blokowy do przetwarzania zmian strumienia świetlnego przedstawiony na fig. 2 wyposażony jest w trzynaście fotoelementów F1, ...F13 równo od siebie odległych i ustawionych w jednej linii wzdłuż osi prostopadłej do kierunku analizowanych prążków świetlnych. Odległość pomiędzy środkami dwóch sąsiednich fotoelementów, mierzona w kierunku największych zmian rozkładu intensywności pola prążkowego P1, równa jest nominalnie jednej czwartej części okresu prążka. Układ ten ma fotodetektory pierwszej grupy F1, F13, których wyjścia połączone są z pierwszym węzłem sumacyjnym 1. Jego wyjście połączone jest poprzez dzielnik przez dwa 8 z wejściem czwartego węzła sumacyjnego 4. Wyjścia drugiej grupy fotoelementów F3, F7, F11 połączone są z wejściami drugiego węzła sumacyjnego 2, którego wyjście połączone jest poprzez drugi wzmacniacz 9 z drugim wejściem czwartego węzła sumacyjnego 4, a wyjścia trzeciej grupy fotoelementów F5, F9 połączone są z wejściami trzeciego węzła sumacyjnego 3, którego wyjście połączone jest z trzecim wejściem czwartego węzła sumacyjnego 4 o wyjściu będącym wyjściem pierwszego sygnału elektrycznego II. Wyjścia czwartej grupy fotoelementów F2, F6, F10 połączone są poprzez piąty węzeł sumacyjny 5 z pierwszym wejściem siódmego węzła sumacyjnego 7, którego drugie wejście połączone jest poprzez drugi wzmacniacz 10 z wyjściem szóstego węzła sumacyjnego 6, z którego wejściami połączone są wyjścia trzech fotoelementów piątej grupy fotoelementów F4, F8, F12. Wyjście siódmego węzła sumacyjnego 7 stanowi wyście drugiego sygnału elektrycznego Jjj.
Przedstawiony na fig. 1 schemat ideowy układu do przetwarzania zmian strumienia świetlnego na sygnał elektryczne ma wyjścia pierwszej grupy fotoelementów F1 i F13 połączone z wejściem pierwszego wzmacniacza E i z pierwszym rezystorem R1, którego druga końcówka połączona jest z wyjściem tego wzmacniacza E i z drugim rezystorem R2 o dwukrotnie większej wartości rezystancji, a jego druga końcówka połączona jest z trzecim rezystorem R3 i z wyjściami drugiej grupy fotoelementów F3, F7, F11 oraz z wejściem drugiego wzmacniacza A, którego wyjście połączone jest z drugą końcówką trzeciego rezystora R3 i z czwartym rezystorem R4. Druga końcówka czwartego rezystora R4 połączona jest z piątym rezystorem R5, z wyjściami fotoelementów trzeciej grupy fotoelementów F5, F9 i z wejściem trzeciego wzmacniacza B, którego wyjście połączone jest z drugą końcówką piątego rezystora R5 i stanowi wyjście pierwszego sygnału elektrycznego JL
Przez wspólne połączenie grup fotoelementów ich fotoprądy II i J12; Jg, I7 i J^; I5 i J9; J2, Jg i J.10 oraz I4, b i !12 są sumowane a następnie wprowadzane na wejście ujemne wzmacniaczy. Dwa razy większa wartość drugiego rezystora R2 w porównaniu z pierwszym rezystorem R1 zapewnia dwukrotne zmniejszenie sumy sygnałów Jh i Jg. Prąd na wyjściu pierwszego wzmacniacza E płynący przez drugi rezystor R2 i stanowiący ujemną wartość połowy sumy sygnałów J1 i Jjg dodawany jest do fotoprądów fotoelementów Jg, J7 i Jg. Następnie po kolejnym odwróceniu fazy sygnału drugiego wzmacniaczem A prąd płynący przez czwarty rezystor R4 dodawany jest do sumy fotoprądów J5 i J9 i wprowadzany na ujemne wejście trzeciego wzmacniacza B. W rezultacie na jego wyjściu powstaje sygnał w postaci J = -[-(Η + ^)/2 +(b + b + Jn)] + (b + J9) = (h + bg)^ -(b + b + bOl + (b + b). Z kolei suma fotoprądów Jg, Jg i Jjg po odwróceniu w fazie przy pomocy czwartego wzmacniacza C dodawana jest do fotoprądów J4, Jg i J^ na odwracającym wejściu piątego wzmacniacza D. W efekcie na jego wyjściu jest sygnał w postaci b = -02 + b + bo) + 04 + b +b2). W zaproponowanym rozwiązaniu otrzymany sygnał b ma odwrócony znak w stosunku do sygnału JJ. Nie ma to istotnego znaczenia praktycznego.
Umieszczenie środkowego fotoelementu J7 w osi rozkładu prążków interferencyjnych i symetria układu detekcji powodują, że zmiany stałej D prążków nie wpływają na przesunięcie fazowe sygnałów.
Podobnie zmiana ich orientacji kątowej nie wpływa na fazę sygnałów wyjściowych.
PL 214 612 B1

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe
1. Sposób przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne do pomiaru przemieszczeń za pomocą fotoelementów ustawionych w jednej linii i równo od siebie odległych, znamienny tym, że zmiany strumienia świetlnego detekuje się za pomocą 13 fotoelementów (F1 ...F13), a pierwszy z dwu sygnałów wyjściowych (II - Iii) tworzy się przez zsumowanie sygnałów (I5, I9) z fotoelementu piątego (F5) i fotoelementu dziewiątego (F9) z połową wartości sygnału (II) oraz (I13) z fotoelementu pierwszego (F1) i fotoelementu trzynastego (F13) oraz ujemnych wartości sygnałów (I3, J7, I11), z fotodetektora trzeciego (F3), z fotoelementu siódmego (F7) i z fotoelementu jedenastego (F11), a drugi sygnał wyjściowy (Ji) tworzy się przez zsumowanie sygnałów (h, Jg, J.10) z fotoelementu drugiego (F2), z fotoelementu szóstego (F6) i z fotoelementu dziesiątego (F10) oraz ujemnych wartości sygnałów (I4, Jg, I12) z fotoelementu czwartego (F4), z fotoelementu ósmego (F8) i z fotoelementu dwunastego (F12).
2. Układ do przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne do pomiaru przemieszczeń zawierający fotoelementy ustawione w jednej linii i równo od siebie odległe, połączone ze wzmacniaczami, znamienny tym, że zawiera trzynaście fotoelementów, z których pierwsza grupa (F1, F13) ma wyjścia połączone z pierwszym węzłem sumacyjnym (1) którego wyjście połączone jest poprzez dzielnik przez dwa (8) z wejściem czwartego węzła sumacyjnego (4), a wyjścia drugiej grupy fotoelementów (F3, F7, F11) połączone są z wejściami drugiego węzła sumacyjnego (2), którego wyjście połączone jest poprzez pierwszy wzmacniacz (9) z drugim wejściem czwartego węzła sumacyjnego (4), a wyjścia trzeciej grupy fotoelementów (F5, F9) połączone są z wejściami trzeciego węzła sumacyjnego (3), którego wyjście połączone jest z trzecim wejściem czwartego węzła sumacyjnego (4) o wyjściu będącym wyjściem pierwszego, sygnału elektrycznego, zaś wyjścia czwartej grupy fotoelementów (F2, F6, F10) połączone są poprzez piąty węzeł sumacyjny (5) z pierwszym wejściem siódmego węzła sumacyjnego (7), którego drugie wejście połączone jest poprzez drugi wzmacniacz (10) z wyjściem szóstego węzła sumacyjnego (6), z którego wejściami połączone są wyjścia piątej grupy fotoelementów (F4, F8, F12), zaś wyjście siódmego węzła sumacyjnego (7) stanowi wyście drugiego sygnału elektrycznego.
PL387342A 2009-02-25 2009-02-25 Sposób przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne do pomiaru przemieszczeń i układ do przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne do pomiaru przemieszczeń PL214612B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL387342A PL214612B1 (pl) 2009-02-25 2009-02-25 Sposób przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne do pomiaru przemieszczeń i układ do przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne do pomiaru przemieszczeń

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL387342A PL214612B1 (pl) 2009-02-25 2009-02-25 Sposób przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne do pomiaru przemieszczeń i układ do przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne do pomiaru przemieszczeń

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL387342A1 PL387342A1 (pl) 2010-08-30
PL214612B1 true PL214612B1 (pl) 2013-08-30

Family

ID=42679631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL387342A PL214612B1 (pl) 2009-02-25 2009-02-25 Sposób przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne do pomiaru przemieszczeń i układ do przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne do pomiaru przemieszczeń

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL214612B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL387342A1 (pl) 2010-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6054059B2 (ja) 光学式位置測定装置
CN102288202A (zh) 光学编码器
CN102620658B (zh) 移位测量装置
Pleinert et al. Testing higher-order quantum interference with many-particle states
CN100445695C (zh) 用于标尺标记的读出器
Weimann et al. Fast high-precision distance metrology using a pair of modulator-generated dual-color frequency combs
US10168189B1 (en) Contamination and defect resistant optical encoder configuration for providing displacement signal having a plurality of spatial phase detectors arranged in a spatial phase sequence along a direction transverse to the measuring axis
CN104297257A (zh) 用于监视纱线质量的方法以及用于执行该方法的检测器
CN103308084B (zh) 一种用于增量式位移测量装置的光电接收传感器
Borisov et al. New low cost sensing head and taut wire method for automated straightness measurement of machine tool axes
CN105783738B (zh) 一种增量式小量程位移传感器的测量方法
CN210486914U (zh) 一种光频域反射技术中实现远端传感的装置
Kok et al. Improved uncertainty evaluation for a long distance measurement by means of a temperature sensor network
ES2511217T3 (es) Disposición de circuito para evaluar mediciones fotoeléctricas
Kelly et al. Techniques for using the position sensitivity of silicon photodetectors to provide remote machine control
CN105783740B (zh) 一种交替增量式测量微位移传感器的测量方法
JPH01187406A (ja) 等間隔干渉縞の位置検出法ならびに位置検出装置
Rana et al. A Non-contact Method for Rod Straightness Measurement Based on Quadrant Laser Sensor
Coe et al. Frequency Scanning Interferometry-A versatile high precision, multiple distance measurement technique
PL165853B3 (pl) Sposób przetwarzania zmian strumienia świetlnego na dwa sygnały elektryczne w optoelektronicznym przetworniku do pomiaru długości lub kąta
CN107449357B (zh) 激光干涉信号直流偏置漂移相位误差补偿方法及装置
PL291572A3 (en) Method of measuring changes in luminous flux by converting them into two electric signals in an optoelectronic length or angle measuring transducer
Chen et al. High spatial resolution temperature sensing based on intensity calculation in RDTS system
Furth et al. Integrated CMOS sensor array for optical heterodyne phase sensing
Lyons et al. Fluorescence Lifetime Sensing with Two-Photon Interferometry