RU2101858C1 - Оптоинтегральный цифровой датчик линейных микроперемещений - Google Patents
Оптоинтегральный цифровой датчик линейных микроперемещений Download PDFInfo
- Publication number
- RU2101858C1 RU2101858C1 SU5043254A RU2101858C1 RU 2101858 C1 RU2101858 C1 RU 2101858C1 SU 5043254 A SU5043254 A SU 5043254A RU 2101858 C1 RU2101858 C1 RU 2101858C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- raster
- waveguide
- measuring
- sensor
- module
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Оптоинтегральный цифровой датчик линейных микроперемещений относится к области измерительной техники. Технический результат - уменьшение габаритов датчика. Для этого датчик содержит оптически связанные измерительный и неподвижный растры с равной шириной элементов растров и с отношением периода измерительного растра к периоду неподвижного, равным cosα , где α - угол относительного углового смещения растров. Растры выполнены в виде волноводных структур неподвижного и измерительного оптоинтегральных модулей. Неподвижный модуль содержит последовательно оптически связанные волноводный разветвитель, имеющий один вход и 2N выходов, где N - разрядность датчика, и волноводный растр, состоящий из 2N трехмерных волноводов с показателем преломления n1. Измерительный модуль связан с объектом измерения и содержит кодирующий волноводный растр из участков трехмерных волноводов с показателем преломления n2, большим n1, расположенных в соответствии с двоичным кодом. Входом для подачи излучения является вход волноводного разветвителя неподвижного модуля, а выходом датчика являются выходы волноводного растра того же модуля. 1 табл., 5 ил.
Description
Изобретение относится к аналого-цифровым преобразователям (АЦП) и измерительной технике и может применятся при измерениях в машиностроении.
Известны измерительные преобразователи перемещений, содержащие источник излучения, формирователь параллельного потока света (коллиматор), неподвижный растр, измерительный растр, оптическое кодирующее устройство и блок фотоприемников. В таких преобразователях измеряемое перемещение преобразуется в движение светового растра, находящегося в сопряжении с неподвижным растром преобразователя, а положение образующейся в результате сопряжения комбинационной (при нониусном сопряжении растров) или муаровой (при муаровом сопряжении) полосы преобразуется в выходной параллельный оптический код при помощи оптического кодирующего устройства, который при необходимости используется для выработки электрического кода блоком фотоприемников.
Такого рода цифровые преобразователи перемещений обладают высоким быстродействием за счет кодирования в оптическом тракте и высокой разрешающей способностью за счет оптического усиления перемещений. Однако они имеют и существенный недостаток: большое число составных частей в оптическом тракте, которые нуждаются в подгонке друг к другу, юстировке, что усложняет конструкцию и снижает ее технологичность, а также относительно большие габариты.
Предлагаемый оптоинтегральный цифровой датчик линейных микроперемещений, содержащий оптически связанные измерительный и неподвижный растры с равной шириной элементов растров, с отношением периода измерительного растра к периоду неподвижного равным cosα, где a угол относительного углового смещения растров, выполнен в виде неподвижного и измерительного оптоинтегральных модулей, первый из которых содержит последовательно оптически связанные волоконный разветвитель, имеющий один вход и 2N выходов, где N - разрядность датчика, и волноводный растр, состоящий из 2N трехмерных волноводов с показателем преломления n1, а второй связан с объектом, перемещение которого измеряется и содержит кодирующий волноводный растр из участков 2N трехмерных волноводов с показателем преломления n2, большим n1, расположенных в соответствии с двоичным кодом, причем входом для подачи излучения является вход волноводного разветвителя неподвижного модуля, а выходом датчика являются выходы волноводного растра того же модуля.
Повышение технологичности, упрощение конструкции и уменьшение габаритов может быть получено за счет выполнения неподвижного и измерительного растра в виде оптоинтегральных волноводных структур при том, что оптическое кодирующее устройство функционально объединено с измерительным растром в виде кодирующего растра, формирователь светового потока выполнен в виде волноводного разветвителя, объединенного в одном модуле с неподвижным растром, а вход для подачи излучения и выход для снятия оптического кода находятся на одном и том же модуле.
На фиг. 1 приведена структурная схема датчика; на фиг. 2 вид неподвижного модуля; на фиг. 3 вид измерительного модуля; на фиг. 4 вид измерителя давления на основе предлагаемого датчика; на фиг. 5 схема включения измерителя давления.
Оптоинтегральный цифровой датчик линейных микроперемещений содержит неподвижный модуль 1 и измерительный модуль 2, жестко связанный с объектом, перемещение которого измеряется. В зазоре между модулями 1 и 2 находится иммерсионная жидкость 3.
Источником излучения может служить лазерный диод, светодиод, непосредственно подсоединенные к входу неподвижного модуля 1, либо оптоволоконная линия для дистанционного подвода световой энергии к датчику (на фиг. 1 не показана). Приемником излучения, подключенным к параллельным цифровым прямому и инвертированному оптическим выходам датчика (показаны на фиг. 1 как I0. I2 и , соответственно), может быть линейка фотоприемников либо оптоволоконная линия для дистанционной передачи кодовых групп выходных сигналов.
Неподвижный модуль 1 (на фиг. 2 показан модуль трехразрядного датчика) представляет собой оптоинтегральную структуру, содержащую волноводный разветвитель 4 и волноводный растр 5 на подложке 6. Коэффициент преломления трехмерных волноводов разветвителя 4 и растра 5 n1, коэффициент преломления материала подложки 6 n01.
Измерительный модуль 2 (фиг. 3) также представляет собой оптоинтегральную структуру, содержащую кодирующий волноводный растр, совмещенный технологически с подложкой 7 с коэффициентом преломления n2. Коэффициент преломления нанесенного верхнего слоя 8 n02.
Соотношения размеров и технологических параметров (коэффициентов преломления) следующие.
Исходными данными для расчета являются любые две величины из соотношения
Q D/2N (1),
где Q разрешающая способность датчика (квант перемещения); D диапазон измеряемого перемещения; N разрядность.
Q D/2N (1),
где Q разрешающая способность датчика (квант перемещения); D диапазон измеряемого перемещения; N разрядность.
Шаг щелей растра 5 неподвижного модуля 1
W1 D (2).
W1 D (2).
Угол смещения измерительного растра 7 относительно щелей растра 5 неподвижного модуля 1
α = arctg((2N - 1)-1) (3)
Соответственно ширина щелей измерительного растра 7
W2 = W1cosα (4)
Ширина обоих растров 5 и 7 W и их высота H
W H W1(2N 1) (5).
α = arctg((2N - 1)-1) (3)
Соответственно ширина щелей измерительного растра 7
W2 = W1cosα (4)
Ширина обоих растров 5 и 7 W и их высота H
W H W1(2N 1) (5).
Высота участка кодирующего растра 7 для нулевого разряда
H0 H/2N (6)
и для каждого последующего n-го разряда
Hn H02n (7)
ширина трехмерных волноводов растров 5 и 7 обоих модулей
d = Hosinα/(cosα + 1) (8)
Коэффициенты преломления должны отвечать следующему соотношению
n2 > n1 > n01 > n02 (9).
H0 H/2N (6)
и для каждого последующего n-го разряда
Hn H02n (7)
ширина трехмерных волноводов растров 5 и 7 обоих модулей
d = Hosinα/(cosα + 1) (8)
Коэффициенты преломления должны отвечать следующему соотношению
n2 > n1 > n01 > n02 (9).
В таблице приведены параметры трех конкретных вариантов выполнений датчика.
Оптоинтегральные модули изготавливаются на основе стеклянных либо полимерных подложек с нанесением рисунка методами диффузии либо напылением [3] для обеспечения условия (9).
Пример. Практически предлагаемый датчик может быть применен в измерителе давления (фиг. 4). Измеритель давления содержит мембрану 9, которая через шток 10 жестко связана с измерительным модулем 2, прижимаемым пружиной 11 к неподвижному модулю 1, приклеенному к прокладке 12, укрепленной на корпусе 13. Измеритель снабжен фланцем 14 для крепления в изделии. Подвод энергии и снятие кода осуществляется посредством оптоволоконных световодов, объединенных в жгут 15.
На фиг. 5 показана схема включения измерителя давления на основе оптоинтегрального датчика микроперемещений. Измеритель 16 укреплен на объекте 17, связь с пунктом приема информации осуществляется посредством оптоволоконной линии 18. На пункте приема информации находятся лазер Л, связанный с входом 1 неподвижного модуля 1, фотоприемники ФПО.ФП2, связанные соответственно с выходами I0.I2, и фотоприемники связанные с выходами Пункт включает в себя также компараторы K1.K2, с выхода которых снимается стандартный электрический параллельный двоичный код.
Принцип работы датчика аналогичен прототипу. Состояние кодовых групп на выходе зависит от смещения X измерительного модуля (фиг. 1). При этом состояние n-го разряда определяется как "1", если и "0" при обратном соотношении. В свою очередь, In является минимальным при максимальном наложении участка кодирующего растра 7 измерительного модуля 2 на волновой растр 5 (при этом максимальна утечка световой энергии из волновода неподвижного растра в волновод измерительного), а максимальным при отсутствии наложения. Выработка электрического кода стандартных уровней производится при помощи компарации сигналов с выходов блока фотоприемника, либо на основе применения оптических бистабильных элементов (в чисто оптических измерительных системах).
Предлагаемое устройство обеспечивает высокую помехоустойчивость и может работать в условиях сильных электромагнитных помех благодаря оптической развязке входа от выхода и возможности передачи выходной информации в виде оптического кода и питания датчика по оптоволоконной линии.
Claims (1)
- Оптоинтегральный цифровой датчик линейных микроперемещений, содержащий оптически связанные измерительный и неподвижный растры с равной шириной элементов растров, с отношением периода измерительного растра к периоду неподвижного растра, равным cosα, где α - угол относительного углового смещения измерительного и неподвижного растров, отличающийся тем, что эти растры выполнены в виде волноводных структур неподвижного и измерительного оптоинтегральных модулей, при этом неподвижный модуль содержит последовательно оптически связанные волноводный разветвитель, имеющий один вход и 2N выходов, где N разрядность датчика, и волноводный растр, состоящий из 2N трехмерных волноводов с показателем преломления n1, а измерительный модуль связан с объектом, перемещение которого измеряется, и содержит кодирующий волноводный растр из участков 2N трехмерных волноводов с показателем преломления n2, большим n1, расположенных в соответствии с двоичным кодом, причем входом для подачи излучения является вход волноводного разветвителя неподвижного модуля, а выходом датчика являются выходы волноводного растра того же модуля.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5043254 RU2101858C1 (ru) | 1992-04-29 | 1992-04-29 | Оптоинтегральный цифровой датчик линейных микроперемещений |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5043254 RU2101858C1 (ru) | 1992-04-29 | 1992-04-29 | Оптоинтегральный цифровой датчик линейных микроперемещений |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2101858C1 true RU2101858C1 (ru) | 1998-01-10 |
Family
ID=21604764
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5043254 RU2101858C1 (ru) | 1992-04-29 | 1992-04-29 | Оптоинтегральный цифровой датчик линейных микроперемещений |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2101858C1 (ru) |
-
1992
- 1992-04-29 RU SU5043254 patent/RU2101858C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Методы оптической обработки информации. Сборник научных трудов. - Л.: ФТИ АН СССР, 1990, с. 227. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4291976A (en) | Digital fiber optic position sensor | |
EP0037668A1 (en) | Optical transducer means | |
CN86107169A (zh) | 单模光纤和具有相同结构的通信系统的耦合装置 | |
JPS6333604A (ja) | 相対変位測定装置 | |
CN101349576A (zh) | 一种光纤位置数字编码器及其应用 | |
Lee et al. | Surface-micromachined free-space fibre-optic switches | |
EP0107374B1 (en) | Displacement measuring apparatus | |
RU2101858C1 (ru) | Оптоинтегральный цифровой датчик линейных микроперемещений | |
US6043482A (en) | Scanning unit with a printed circuit for an optical position-measuring apparatus | |
CN1412538A (zh) | 一种宽带光源信号检测方法及检测器 | |
CN1563883A (zh) | 一种光纤位移传感器 | |
GB2352810A (en) | Displacement measuring apparatus | |
US5042157A (en) | Fiber optic angular orientation sensor digital serial encoding | |
SU492904A1 (ru) | Преобразователь перемещени в код | |
SU1527620A1 (ru) | Устройство дл измерени временных параметров импульсов на экране осциллографа | |
SU1583735A1 (ru) | Индикаторный растр к четырехканальному фотоэлектрическому измерительному преобразователю | |
SU1642233A1 (ru) | Устройство дл измерени линейных перемещений | |
JPH0439896B2 (ru) | ||
SU1427169A1 (ru) | Датчик перемещений | |
SU471598A1 (ru) | Аналого-цифровой преобразователь | |
Hughes et al. | Wavelength Division Multiplexed Fibre Optic Telemetry Link For An Absolute Encoder. | |
SU1296834A1 (ru) | Световодный преобразователь углового положени | |
SU1608630A1 (ru) | Функциональный преобразователь пространственного оптического сигнала | |
SU1733927A1 (ru) | Цифровой оптоэлектрический датчик линейных перемещений последовательного счета | |
SU1173177A1 (ru) | Устройство дл измерени перемещени объектов и показателей преломлени прозрачных сред |