SU1037310A1 - Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код - Google Patents

Abstract

1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий источник света, оптически соединенный через последовательно расположенные оптическую систему и растровый элемент, жестко укрепленный на валу, с блоком фотоприемников, выходы которого соединены с входами блока считывани , отличающийс  тем, ч-й), с целью,повышени  точности и технологичности преобразовател , в него введены коммутатор, аналого-цифровой преобрензователь , формирователь кода и р&гистр , выходы которого соединены с управл ющими входами формировател  кода и коммутатора, выход коммутато (Л ра через аналого-ци4 зовой преобр 13ов& тель соединен с информационным входом формировател  кода, а выходы блока считывани  соединены с входами регистра и информационными входами ком мутатора. со СО

Description

2. Преобразователь по п. 1, о т личаюшийс  /ем, что растровыП элемент содержит источник напр ж©. НИИ и кювету с жидким кристаллом, состо щую из двух плоскопараллельных

стекол с закрепленными на них про, речными электродами, зазор между которыми заполнен жидким тфисталлом, выводы прозрачных электродов подключены к выходам источника напр жени .

Изобретение относ1Йгс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в станкостроении, в системах контрол  и наведени , в геодезическом, астрономическом и фотограмметрическом приборостроении, где необходимо отслеживание или измерение углового перемещени .

Известны фотоэлектрк1еские преобразователи угла поворота вала в код, содержащие последовательно расположенные источник света, оптическую систем кодовый диск, жестко укрепленный на валу блок фотоприемников, выходы которого-через блок считьшани  соединены с входами соответствующих раз .рвдов регистра ij .

Известны также фотоэлектрические преобразователи, в которых кодовый диск не имеет кодовой маски, а покрыт последовательностью радиальных прозрачных и непрозрачных полос (квантов) число которых определ ет разрешающую способность преобразовател . Преобразователь также содержит источник света , блок фoтoпpиe шикoв, блок считывани  и счетчик. При повороте вала производитс  подсчет светлых полос, начина  с некоторого начального положени , при этом код в счетчике будет соответствовать угловому переЬ(1ещению вала 2j .

Недостатком данных преобразователе  вл етс  их сравнительно невысока  точность , ограниченна  точностью изготовлени  кодовых дисков, что объ сн етс  сло)1 ностью технологического процесса их производства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  фото- электрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий источник света, оптиче ;ки соединенный через onTiPiecKjTo систему и растровый : ломент с блоком фотоприемников, BJifxo

ды которого соединены с входами блока считывани , при этом растровый элемент содержит две оптические раст ровые решетки, одна из которых жестко укреплена на валу, а друга  неподвижна . При наложении двух растровых решеток возникают отчетливые комбине ционные (муаровые) полосы, положение и форма которых зависит от параметров решеток и от их взаимного расположени . При этом небольшое перемещение подвижного растра преобразуетс  в существенно большее перемещение муаровых полос, что приводит к модул ции светового потока и соответствующего ему фототока, который после усилени  в блоке считывани  преобразуетс  в цифровой код 3J .

« Точность муаровых датчиков вьшхе,

чем у датчиков с кодовыми дисками, однако она также ограничена точностью изготовлени  растровых решеток, число полос в которых аолжно достигать 1ООО и более на 1 мм. Технологи  изготовлени  растровых решеток по сложности сранима с технологией изготовлени  дисков.

Целью изобретени   вл етс  повышени точности и технологичности преобразовател .

Поставленна  цель достигаетс  тем, . что в фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий источник света, оптически соединенный через последовательно расположенные оптическую систему и растровый элемент жестко укрепленный на валу, с блоком фотоприемников, выходы которого соединены с входами блока считывани , введены коммутатор, аналого-цифровой преобразователь , формирователь кода и регистр , выходы которого соединены с управл ющими входами формировател  кода и коммутатора, выход коммутатора через аналого-цифровой преобразователь сюедннен с информ и1ИО1шым входом формировател  кода, а выходы блока считывани  соединены с входами регисо ра и информационными входами коммутатора . Растровый элемент содержит источник напр жени  и кювету с жидким кристаллом, состо пцую из двух плоскопараллельных стекол с закрепленными н них прозрачным электродами, зазор ме ду которыми заполнен жидким кристаллом , выводы прозрачных электродов подключены к выходам источника напр жени . На фиг. 1 показана структурна  схема фотоэлектрического преобразоват л { на фиг. 2 - пример реализации раст рового элемента. Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код содержит источник 1 света, например лазер, оптическую систему 2, растровый эпемент 3, вал 4, блок 5 фотоприемников вьшолненный, например, в виде интегральной линейки или в. виде сканистора. блок 6 считывани , построенный, например , на базе мостовых усилителей , число которых соответствует разр дности регистра 7, коммутатор 8 , аналого-цифровой преобразователь 9 и фор мирователь 1О кода. . Растровый элемент содержит источник 11 напр жени  и кювету с жидким кристаллом, вьшолненную из плоскопараллельных стекол 12 и 13, прозрачны электродов 14 и 15, прокладок 16 и 1 и жидкого кристалла. Зазор между плоскопараллельными стеклами задает т уность измерени  угла и может составл ть от единиц до дес тков микрон. Величина зазора определ етс  толщиной прокладки. Жидкий кристалл должен обеспечивать формирование двулучепреломл юНцего псевдолинзового растра с регулировкой его преломл ющих свойств Дл  этой цели может быть использоваР-азоксианизола на, например, смесь и Р-азоксифенетола 4j . При изменении величины напр жени , приложенног между прозрачными электродами, хсидки кристалл под действием электрического пол  может измен ть расположение сп танно ориентированных областей молеку жидкого кристалла так, что образуютс параллельнь1е полосы с чередуКэщимс  показателем преломлени . При этом структура ориентации молекул при опре ленном посто нном напр жении органи1 104 зует две эффективные решетки, .орие1гр рованные друг относительно друга под некотором углом. Пол зировашшй луч света, падающий на кюветку с жидким кристаллом, дифрагирует, образу  ди({ акционные четные и нечетные пор дки. Угловое перемещение кюветы с жидким 1фисталлом относительно падающего луча вызывает интерференционный эффект гашени  в нечетных пор юках ди4 акционной картины. Причем погасанию соответствующего пор дка однозначно соответствует лишь единственное значение углового положени  кюветы с жидким кристаллом. Преобразователь работает следующим образом. Пол1физованный луч света от источника 1 света оптической системой 2 проектируетс  на кювету с жидким криоталлом , жестко укрепленную на валу 4 электрически соединенную с источником 11 напр жени , который служит дл  формировани  дифракционных решеток . В результате прохождени  света через решетку, образованную в жид ком кристалле, в плоскости блока 5 фотоприемников формируютс  дифракционные максимумы четных и нечетных пор$щкОв. Рассто ни  мемщу максимумами завис т только от толщины сло  жидкого кристалла. При угловом повороте вала 4 измен етс  угол плоскостью кюветы с жидким кристаллом и падающим лучом. В дифракционной картине такое угловое перемещение кюветы с жидким кристаллом вызы - , вает интерференцию, обусловленную структурой эффективной, рассогласованной по углу, двойной решетки, пол -ченной в жидком кристаллеЛрактически при плав ном изменении угла наблюдаетс  поочередное погасание нечетных пор дков, а их пространственное положение остаетс  неизменным. Регистраци  момента погасани  максимума, т.е. О - уро&н  в соответствующем нечетном пор дке осуществл етс  через соотйетствукьщие фотоприемник блока 5 фотоприемников и усилитель блока 6 считывани  регистром 7. В результате соответствующему пор дку ди({)акционного максимума ставитс  в соответствие значение О в позиционном коде, а следовательно, и угловое положение вала 4. Момент погасани  соседних нечетгаз1Х пор дков позвол ет регистрировать дискретные угловые величины пор дка 1 с помощью

ПОЭ1ЩИОННОГО KQoa, сн того с выхода регистра 7, Изменение интенсивности нечетных дифракционных максимумов при промежуточных положени х вала 4, когда предыдущий начетный nopsmoK увеличивает  ркость, а последующий еще не погашен, позвол ет ривнить значение угла в указанном интервале в 1°, Вьщеление пор дка, интенсивность которого подлежит анализу, осуществл етс  коммутатором 8. Результат измерени  амплитуды сигнала, сн. маемого с соответствующего выхода блока 6 считывани , преобразуетс ; в код аналого-цисйовым преобразоватв лем 9. Информаци  о величине угла снимаетс  с формировател  10 кода, причем дискретные значени  (грубый отсчет) углового положени  вала 4 поступают в него с регистра 7, а значение точного угла отсчета - с аналогоцифрового преобразовател  9.

Применение предлагаемого растрового элемента 3 вместо кодового диски или двух растровых решеток позволит повысить технологичность изготовлени 

преобразовател , поскольку технологи  изготовлени  кюветы с жидким кристаллом проста и не требует специального оборудовани , а качество получаемой дифракционной картины выще. Применение системы грубого и точного отсчета при этом позвол ет увеличить точность измерени  угла. Как показали испытани , точность регистрации угла достигает единиц секунд, а диапазон

нзмерени  пор дка Ю. Кроме того, предлагаемый преобразователь позвол ет производить как абсолютный, так и относительный отсчеты величины угла поворота вала.

. Экономический эффект от использовани  преалагаемого преобразовател  опреаел - етс  его техническими возможност ьги.

Фи12

Claims (2)

1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий источник света, оптически соединенный через последовательно расположенные оптическую систему и растровый элемент, жестко укрепленный на валу, с блоком фотоприемников, выходы которого соединены с входами блока считывания, отличающийся тем, чтЪ, с целью.повышения точности и технологичности преобразователя, в него введены коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, формирователь кода и регистр, выходы которого соединены с управляющими входами формирователя g кода и коммутатора, выход коммутато- “ ра через аналого-цифровой преобразователь соединен с информационным входом формирователя кода, а выходы блока считывания соединены с входами регистра и информационными входами коммутатора.

>

2. Преобразователь по π. 1, о т личаюшийс я тем, что растровый элемент содержит источник напряжо ния и кювету с жидким ‘кристаллом, состоящую из двух плоскопараллельных , стекол с закрепленными на них прозрачными электродами, зазор между которыми заполнен жидким кристаллом, выводы прозрачных электродов подключены к выходам источника напряжения.