RU1768921C

RU1768921C - Light spot displacement metering device

Info

Publication number: RU1768921C
Application number: SU904847580A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Мухортов; Виктор Васильевич Рожин; Борис Павлович Шевцов
Original assignee: Казанский Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева; Центральное Проектно-Конструкторское Бюро "Теплоприбор"
Priority date: 1990-07-09
Filing date: 1990-07-09
Publication date: 1992-10-15

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени величины перемещений указательных элементов, имеющих сквозное отверстие . Цель изобретени - расширение диапазона измерений и повышение точности измерений. Устройство состоит из оптической системы 3, предназначенной дл формировани и проецировани светового п тна на первый четырехквадрантный фотоприемник 1 или на второй четырехквадрантный фотоприемник 2 с помощью зеркала 4. Сигналы с каждой площадки фотоприемника (1 и 2) через коммутатор и аналого-цифро- вой преобразователь поступают в цифровую вычислительную машину 7. Соотношение сигналов, снимаемых с каждой площадки фотоприемника (1 и 2), однозначно определ ет положение п тна на фотоприемнике . По ранее заложенным формулам в программу ЦВМ вычисл ет координаты центра светового п тна относительно центра фотоприемника. 1 ил. feThe invention relates to measuring technique and can be used to measure the magnitude of movements of pointing elements having a through hole. The purpose of the invention is to expand the measurement range and increase the accuracy of measurements. The device consists of an optical system 3 designed to generate and project a light spot on the first four-quadrant photodetector 1 or on the second four-quadrant photodetector 2 using a mirror 4. Signals from each site of the photodetector (1 and 2) through a switch and an analog-to-digital converter enter the digital computer 7. The ratio of the signals taken from each site of the photodetector (1 and 2) uniquely determines the position of the spot on the photodetector. According to the previously formulated formulas, the computer computes the coordinates of the center of the light spot relative to the center of the photodetector. 1 ill. fe

Description

LL

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике дл определени положени и измерений перемещений светового п тна по двум координатам, в частности св занного с каким-либо исследуемым объектом.The invention relates to a measurement and control technique for determining the position and measuring the movement of a light spot along two coordinates, in particular, associated with any object under study.

Изобретение может быть использовано дл измерени величины перемещений указательного элемента, имеющего сквозное отверстие, например, конца пружины Бур- дона, примен емой в манометрах.The invention can be used to measure the displacement of a pointing element having a through hole, for example, the end of a Bourdon spring used in pressure gauges.

Известны различные устройства дл двухкоординатных измерений перемещений светового п тна на основе четырехквад- рантных разрезных фотоприемников. В принципе действи заложено изменение сигналов, снимаемых с каждой чувствительной площадки фотоприемника, которые завис т от величины освещенных площадей каждой площадки, т.е. от положени светового п тна на чувствительной поверхности фотоприемника. Соотношение вышеназванных сигналов однозначно определ ет положение п тна на фотоприемнике, а дл уменьшени погрешностей от изменени освещенности светового п тна, нестабильности и неидентичности чувствительности площадок фотоприемника стро тс различные суммарно-разностные схемы включени и обработки сигналов с чувствительных площадок. .Various devices are known for two-coordinate measurements of light spot movements based on quadrangular split photodetectors. In principle, the action is based on a change in the signals taken from each sensitive area of the photodetector, which depend on the magnitude of the illuminated areas of each area, i.e. from the position of the light spot on the sensitive surface of the photodetector. The ratio of the above signals unambiguously determines the position of the spot on the photodetector, and to reduce the errors from changes in the illumination of the light spot, the instability and non-identity of the sensitivity of the areas of the photodetector, various sum-difference schemes for switching on and processing signals from sensitive areas are constructed. .

Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности и достигаемому результату вл етс устройство, построенное по способу измерени смещений светового п тна.Closest to the invention in its technical essence and the achieved result is a device constructed by a method for measuring light spot displacements.

Это устройство состоит из оптической системы, предназначенной дл формировани и проецировани светового п тна на чувствительную поверхность четырехквад- рантного фотоприемника.This device consists of an optical system designed to form and project a light spot onto the sensitive surface of a quadrant photodetector.

В этом устройстве предусмотрено увеличение диапазона измерений путем увеличени размера светового п тна, однако устройство производит измерение перемещений светового п тна в пределах пока п т- но находитс на поверхности фотоприемника хот бы частично.This device provides for an increase in the measuring range by increasing the size of the light spot, however, the device measures the movement of the light spot within at least partially on the surface of the photodetector.

Целью изобретени вл етс расширение диапазона измерений.An object of the invention is to expand the measurement range.

Указанна цель достигаетс тем, что устройство , содержащее оптическую систему дл формировани светового луча и проецировани его п тна на поверхность четырех- квадрантного фотоприемника, снабжено зеркалом, расположенным между оптической системой и фотоприемником дл отражени светового луча, выход щего за пределы чувствительной поверхности фотоприемника и вторым четырехквадрантнымThis goal is achieved in that the device containing the optical system for generating a light beam and projecting its spot onto the surface of the quadrant quadrant photodetector is provided with a mirror located between the optical system and the photodetector to reflect the light beam extending beyond the sensitive surface of the photodetector and the second quadrant

фотоприемником, расположенным своей чувствительной поверхностью перпендикул рно отраженному от зеркала световому лучу.a photodetector located with its sensitive surface perpendicular to the light beam reflected from the mirror.

На чертеже приведена оптическа схема устройства.The drawing shows an optical diagram of the device.

Устройство состоит из двух четырех- квадрантных фотоприемников 1 и 2, оптической системы 3, котора создает световойThe device consists of two four-quadrant photodetectors 1 and 2, an optical system 3, which creates a light

0 поток параллельных лучей и формирует световой луч, падающий под пр мым углом на чувствительную поверхность фотоприемника 1 или на зеркало 4. Отраженный от зеркала 4 световой луч падает на второй0 a stream of parallel rays and forms a light beam incident at right angles to the sensitive surface of the photodetector 1 or mirror 4. The light beam reflected from mirror 4 falls on the second

5 фотоприемник 2 перпендикул рно к его поверхности .5, the photodetector 2 is perpendicular to its surface.

Формирователем светового луча может служить любой указательный элемент со сквозным отверстием.Any indicator element with a through hole can serve as a beam shaper.

0 Последовательность работы устройства следующа . После включени источника излучени (на фигуре не показан) оптической системой 3 создаетс поток параллельных лучей. После установки формировател све5 тового луча в оптическую систему, параллельный поток лучей перекрываетс формирователем, а через сквозное отверстие в нем формируетс и проецируетс на фотоприемник 1 световой луч З1.0 The operation sequence of the device is as follows. After the radiation source (not shown) is turned on by the optical system 3, a stream of parallel rays is generated. After the light beam shaper is installed in the optical system, the parallel beam flow is blocked by the shaper, and a light beam Z1 is formed and projected onto the photodetector 1 through the through hole therein.

0 Далее измер ютс сигналы со всех четырех квадрантов фотоприемника 1 и по соотношению этих сигналов по известным методам и схемам (1 ...4} вычисл ютс координаты Дх1 и Ayi центра светового п тна0 Next, the signals from all four quadrants of the photodetector 1 are measured and, based on the ratio of these signals, the coordinates Dx1 and Ayi of the center of the light spot are calculated by known methods and schemes (1 ... 4}

5 относительно центра фотоприемнйка 1.5 relative to the center of the photodetector 1.

При перемещении формировател светового луча в плоскости перпендикул рной световому лучу перемещаетс и световой- луч, прошедший отверстие. При дальней0 шем перемещении луча он может выйти за пределы чувствительной поверхности фотоприемника 1. Конструктив ю устройство выполнено так, что в этом случае луч з проектируетс на второй фотоприемник 2,As the light beam former moves in a plane perpendicular to the light beam, the light beam passing through the hole also moves. With further beam movement, it can go beyond the sensitive surface of photodetector 1. The constructive device is designed so that in this case the beam is projected onto the second photodetector 2,

5 отразившись от зеркала 4. Аналогично вышеописанному вычисл ютс .координаты Д Х2 и Ауа центра светового п тна относительно центра фотоприемника 2. Абсолютные перемещени центра светового луча по5 reflected from the mirror 4. Similarly to the above, the coordinates D X2 and Aua of the center of the light spot relative to the center of the photodetector 2 are calculated. Absolute movements of the center of the light beam along

0 ос м х и у определ ютс 0 axis x and y are determined

Дх Дх2- AXI+ Lxj Ду Дуа-Д уч.Dh Dh2- AXI + Lxj Du Dua-D account.

где LX - рассто ние в направлении оси X между цен тральными ос ми световых лучей,where LX is the distance in the direction of the X axis between the central axes of the light rays,

5 выход щих из оптической системы 3 и падающих на центры фотоприемников 1 и 2.5 emerging from the optical system 3 and incident on the centers of photodetectors 1 and 2.

Настройка устройства на различный диапазон измерени перемещени Дх производитс изменением рассто ни Lx путемThe device is tuned to a different range of measurement of movement Dx by changing the distance Lx by

перемещени и фиксации зеркала 4 по оси х.moving and fixing the mirror 4 along the x axis.

В качестве источника излучени в оптической системе 1 устройства может быть применен светодиод с ИК-иэлучением (АЛ107Б), а формирование и проецирование светового п тна на фотоприемник может быть осуществлено с помощью планки со сквозным отверстием необходимого диаметра , помещенной между источником излучени и фотоприемником. В качестве фотоприемника может быть использован четырехквадрангный разрезной фотодиод типа ФД-19 КК, включенный в фотодиодном (фоторезистивном) режиме.An IR LED (AL107B) can be used as a radiation source in the optical system 1 of the device, and the formation of a light spot on the photodetector can be carried out using a strip with a through hole of the required diameter, placed between the radiation source and the photodetector. As a photodetector, a quadrangular split photodiode of the FD-19 KK type, included in the photodiode (photoresistive) mode, can be used.

Таким образом, за вл емое устройство позволит расширить диапазон измеое,ий перемещений по сравнению с во-мож- имThus, the inventive device will allow to expand the range of variable displacements in comparison with the possible

диапазоном при применении одного фото приемникаrange when applying one photo receiver

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A device for measuring light spot movements, comprising optically coupled optical systems for generating a light beam and a quadrant photodetector, characterized in that, for the purpose of expanding

0 measurement range, it is equipped with a mirror located between the optical system and the photodetector to reflect a light beam that goes beyond the sensitivity of the photodetector, a second four-quadrant photodetector located with a sensitive surface perpendicular to the light reflected from the mirror