RU2100875C1

RU2100875C1 - Photoelectric potentiometer

Info

Publication number: RU2100875C1
Application number: RU95115533A
Authority: RU
Inventors: С.П. Верзунов; Н.В. Деркач; Р.А. Попов; П.И. Казас; В.А. Сирунян
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Краснодарский ЗИП"
Priority date: 1995-09-04
Filing date: 1995-09-04
Publication date: 1997-12-27

Abstract

FIELD: electrical engineering; servo systems and angular and linear displacement transducers in automatic control and computing Devices. SUBSTANCE: photoelectric potentiometer has case 1 with cover 2 and bearing-mounted shaft 3 with light beam shaping element placed coaxially relative to the latter and made in the form of light-shielding cylinder 4 around point light source 6 with slot 9 provided to pass light beam to light-sensing element 7 mounted on case 1 whose leads are connected to terminal block. Device also has segment of paraboloid 5 of revolution with ends of its side walls joined with slot 9 of light-shielding cylinder 4; point light source 6 is placed in focus of paraboloid 5 of revolution and it has light-reflecting inner surface. When axis 3 is turned through working angle smaller than 180 deg., light beam shaping element has two or more segments of paraboloid 5 of revolution and respective slots 9 are formed at their joints with side surface of light-shielding cylinder 4 to pass light to light-sensing elements 7. Number of light sensing elements 7 and segments of paraboloid 5 of revolution should correspond to number of sections formed. EFFECT: enlarged functional capabilities. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструированию фотоэлектрических потенциометров для следящих систем, и может быть использовано при изготовлении датчиков угловых и линейных перемещений для устройств автоматики и вычислительной техники. The invention relates to electrical engineering, in particular to the design of photoelectric potentiometers for servo systems, and can be used in the manufacture of angular and linear displacement sensors for automation devices and computer technology.

Известен фотоэлектрический потенциометр [1] В этом тезническом решении рассматриваются два варианта образования светового зонда, использующие призму и линзу, которые передают энергию для питания источника света с помощью высокочастотного трансформатора. Оба варианта имеют сложные призмы с линзами и стоят очень дорого. Known photoelectric potentiometer [1] In this thesis solution, two options are considered for the formation of a light probe using a prism and a lens that transmit energy to power the light source using a high-frequency transformer. Both options have complex prisms with lenses and are very expensive.

Известен потенциометр [2] в котором используются для формирования светового зонда кроме источника света линзы, образующие конденсор и маски. Known potentiometer [2] in which are used to form a light probe in addition to the light source lenses forming a capacitor and mask.

Недостатком этого потенциометра является сложность конструкции, дороговизна и невозможность сделать достаточно компактную конструкцию. The disadvantage of this potentiometer is the complexity of the design, the high cost and the inability to make a sufficiently compact design.

В другой конструкции [3] описан потенциометр с оптическим движком, который состоит из непрозрачного кожуха в основном цилиндрической формы. По оси цилиндра расположен стержень протяжки потенциометра. Ось установлена, например, на взаимодействующих шарикоподшипниках кожуха. Внутри этого кожуха концентрично оси и ортогонально оси расположена пластина суппорт, на которой размещено переменное сопротивление с оптическим управлением в форме диска. Ось может вращаться по центру на фоточувствительном кольце, а также содержит неподвижный источник света, расположенный по указанной оси со стороны противоположной той стороне, на которой ось выходит из кожуха, и, кроме того, устройством оптического отражения является призма. Another design [3] describes a potentiometer with an optical engine, which consists of an opaque casing of a generally cylindrical shape. Along the axis of the cylinder is the rod broach potentiometer. The axis is mounted, for example, on the interacting ball bearings of the casing. Inside this casing there is a caliper plate concentrically to the axis and orthogonal to the axis, on which a variable resistance with optical control in the form of a disk is placed. The axis can rotate in the center on the photosensitive ring, and also contains a fixed light source located on the specified axis from the side opposite to the side on which the axis leaves the casing, and, in addition, the optical reflection device is a prism.

Недостаток этого устройства заключается в том, что формирование светового зонда осуществляется сложной формы призмой и сложной и громоздкой механикой. The disadvantage of this device is that the formation of a light probe is carried out with a complex shape by a prism and complex and bulky mechanics.

Техническим результатом является уменьшение габаритов, веса и стоимости фотоэлектрического потенциометра. The technical result is to reduce the size, weight and cost of the photoelectric potentiometer.

Технический результат достигается тем, что в фотоэлектрическом потенциометре, содержащем корпус с крышкой и осью и размещенные в нем светочувствительный элемент и точечный источник света, расположенный соосно с осью, а также элемент формирования светового пучка, жестко связанный с осью и выполненный в виде светозащитного цилиндра, охватывающего точечный источник света и имеющего щель для прохождения светового пучка с светочувствительному элементу, элемент формирования светового пучка выполнен в виде сегмента параболоида вращения, соединенного торцами боковых стенок с щелью светозащитного цилиндра, при этом точечный источник света расположен в фокусе параболоида вращения, а внутренняя поверхность его выполнена светоотражающей. Кроме этого, элемент формирования светового пучка может быть выполнен в виде двух или более сегментов параболоида вращения, в местах соединения которых с боковой поверхностью светозащитного цилиндра имеются соответствующие им щели для прохождения света к светочувствительным элементам, при этом количество светочувствительных элементов и сегментов параболоида вращения должно соответствовать числу образуемых секций. The technical result is achieved in that in a photoelectric potentiometer comprising a housing with a cover and an axis and a photosensitive element and a point light source located therein coaxially with the axis, as well as a light beam forming element rigidly connected to the axis and made in the form of a light-shielding cylinder, covering a point light source and having a slit for the passage of the light beam from the photosensitive element, the light beam forming element is made in the form of a segment of a rotation paraboloid, with united by the ends of the side walls with the slit of the light-shielding cylinder, while the point light source is located in the focus of the paraboloid of revolution, and its inner surface is made reflective. In addition, the light beam forming element can be made in the form of two or more segments of a rotation paraboloid, at the junction of which with the side surface of the light-protecting cylinder there are slots corresponding to them for the passage of light to the photosensitive elements, while the number of photosensitive elements and segments of the rotation paraboloid should correspond the number of sections formed.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показал, что предлагаемый фотоэлектрический потенциометр отличается от известного выполнением элемента формирования светового пучка, который выполнен в виде одного или более сегментов параболоида вращения, в местах соединения которых с боковой поверхностью светозащитного цилиндра образованы соответствующие им щели для прохождения света к светочувствительным элементам, при этом количество светочувствительных элементов и сегментов параболоида вращения должно соответствовать числу образованных секций. A comparative analysis of the proposed solution with the prototype showed that the proposed photoelectric potentiometer differs from the known one by the element of formation of the light beam, which is made in the form of one or more segments of the paraboloid of rotation, in the joints of which are formed with corresponding slits for the passage of light to the photosensitive elements, while the number of photosensitive elements and segments of the paraboloid of rotation should correspond The number of sections formed.

Таким образом предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, the proposed device meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и с другими решениями в данной области техники не позволило выявить в них отличительных признаков, совпадающих с предлагаемым решением, что позволяет сделать вывод о том, что изобретение имеет изобретательский уровень. Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other solutions in this technical field did not allow us to identify distinctive features in them that coincide with the proposed solution, which allows us to conclude that the invention has an inventive step.

Изобретение является промышленно применимым, так как оно может быть использовано при изготовлении датчиков угловых и линейных перемещений для устройств автоматики и вычислительной техники. The invention is industrially applicable, as it can be used in the manufacture of angular and linear displacement sensors for automation devices and computer technology.

На фиг. 1 показан предлагаемый потенциометр, разрез; на фиг. 2 показан элемент формирования светового пучка; на фиг. 3 показан вариант выполнения фотоэлектрического потенциометра с двумя сегментами параболоида вращения. In FIG. 1 shows a proposed potentiometer, section; in FIG. 2 shows an element for forming a light beam; in FIG. 3 shows an embodiment of a photoelectric potentiometer with two segments of a rotation paraboloid.

Фотоэлектрический потенциометр (фиг. 1 3) содержит корпус 1 с крышкой 2, в корпусе 1 на подшипнике (показан, но не оцифрован) установлена ось 3, соосно которой жестко закреплен элемент 4 формирования светового пучка, представляющий собой светозащитный цилиндр 4, соединенный с сегментом параболоида вращения 5 торцами боковых стенок с щелью светозащитного цилиндра 4, охватывающего точечный источник света 6, расположенный соосно с осью 3. На корпусе 1 закреплен светочувствительный элемент 7, выводы которого подсоединены к контактной колодке 8, светозащитный цилиндр 4 имеет щель 9, такую же щель 10 имеет и сегмент параболоида вращения 5 для прохождения светового пучка. При этом внутренняя поверхность сегмента параболоида вращения 5 выполнена светоотражающей. The photoelectric potentiometer (Fig. 1 3) contains a housing 1 with a cover 2, an axis 3 is mounted on the bearing (shown, but not digitized) in the housing 1, the axis 3 is coaxially aligned with which the light beam forming element 4 is fixed, which is a light-shielding cylinder 4 connected to the segment a paraboloid of rotation 5 by the ends of the side walls with a slit of the light-shielding cylinder 4, covering a point light source 6, located coaxially with the axis 3. A photosensitive element 7 is attached to the housing 1, the terminals of which are connected to the terminal block 8, the light aschitny cylinder 4 has a slit 9, the same and slot 10 has a segment of a paraboloid of rotation 5 for the passage of the light beam. While the inner surface of the segment of the paraboloid of rotation 5 is made reflective.

Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.

Световой поток от точечного источника через щель 9 попадает в сегмент параболоида вращения 5 и, отражаясь от его внутренней поверхности через щель 10, попадает на светочувствительный элемент 7. Под воздействием света определенная часть светочувствительной поверхности элемента 7 становится электропроводной, а при вращении оси 3 вместе с элементом формирования светового пятна положение освещенной части на фоточувствительной поверхности изменяется, преобразуя угол поворота оси 3 в электрический сигнал, представляющий собой изменение коэффициента передачи электрической схемы элемента 7. Электрический сигнал снимается с контактной колодки 8. The light flux from a point source through the slot 9 enters the segment of the paraboloid of revolution 5 and, reflected from its inner surface through the slot 10, enters the photosensitive element 7. Under the influence of light, a certain part of the photosensitive surface of the element 7 becomes electrically conductive, and when the axis 3 rotates, by the element of formation of the light spot, the position of the illuminated part on the photosensitive surface changes, converting the angle of rotation of axis 3 into an electrical signal, which is a change in the coefficient transfer rate of the electrical circuit of the element 7. The electrical signal is removed from the terminal block 8.

Для случаев, когда рабочий угол поворота входной оси 3 менее 180^o и преследуется цель повышение точности, надежности или же для изготовления в одном корпусе 1 двух или более фотоэлектрических потенциометров, действующих от одного источника света и имеющих один общий механический вход, элемент формирования светового пучка выполняется в виде светозащитного цилиндра с двумя или более щелями 9, каждая из которых снабжается сегментом параболоида вращения с щелью 10 и, кроме того, на основании корпуса 1 устанавливается два или более светочувствительных элемента 7, конструктивно выполненных на раздельных или общей изоляционных подложках.For cases where the working angle of rotation of the input axis 3 is less than 180 ^o and the aim is to increase accuracy, reliability, or for manufacturing in one housing 1 two or more photoelectric potentiometers operating from one light source and having one common mechanical input, an element of formation of a light beam is made in the form of a light-shielding cylinder with two or more slots 9, each of which is equipped with a paraboloid of revolution with a slit 10 and, in addition, two or more photosensitive devices are installed on the base of the housing 1 lnyh element 7 formed on structurally separate or common insulating substrates.

При этом, когда преследуется цель повышения точности или надежности, электрические схемы светочувствительных элементов соединены параллельно, что обеспечивает условия для резервирования и снижения погрешностей за счет усреднения элементарных погрешностей. Для получения же двух или более фотоэлектрических потенциометров в одном корпусе электрические выводы раздельно подключены к соответствующим клеммам контактной колодки 8, обеспечивая возможность подключить входные напряжения и вывести выходные напряжения от каждого из потенциометров раздельно. Moreover, when the aim is to increase accuracy or reliability, the electrical circuits of the photosensitive elements are connected in parallel, which provides conditions for redundancy and reduce errors due to averaging of elementary errors. To obtain two or more photoelectric potentiometers in one housing, the electrical leads are separately connected to the corresponding terminals of the terminal block 8, providing the ability to connect input voltages and output the output voltages from each of the potentiometers separately.

Прелагаемое техническое решение значительно уменьшает габариты, вес и, соответственно, стоимость фотоэлектрического потенциометра, поскольку позволяет выполнить элемент формирования светового пучка значительно проще, чем в прототипе, и с меньшим объемом трудовых и материальных затрат. The proposed technical solution significantly reduces the size, weight and, accordingly, the cost of the photoelectric potentiometer, because it allows you to perform the element of formation of the light beam is much simpler than in the prototype, and with less labor and material costs.

Claims

1. A photovoltaic potentiometer comprising a housing with a lid and an axis and a photosensitive element and a point light source disposed therein arranged coaxially with the axis, as well as a light beam forming element rigidly connected to the axis and made in the form of a light-shielding cylinder covering a point light source and having a slit for the passage of the light beam to the photosensitive element, characterized in that the light beam forming element is further provided with a segment of a rotation paraboloid connected to a torus side walls with a slit of the light-shielding cylinder, while the point light source is located in the focus of the paraboloid of revolution, and its inner surface is made reflective.

2. The potentiometer according to claim 1, characterized in that the light beam forming element is provided with two or more segments of rotation paraboloid, at the junctions of which with the side surface of the light-protecting cylinder corresponding slots are formed for the passage of light to the photosensitive elements, the number of photosensitive elements and segments of the paraboloid of rotation should correspond to the number of forming sections.