SU1081543A1

SU1081543A1 - Photoelectric pickup of rotation speed

Info

Publication number: SU1081543A1
Application number: SU823557599A
Authority: SU
Inventors: Сергей Аркадьевич Воробьев; Юрий Иванович Баранов; Владимир Викторович Типаев
Original assignee: Предприятие П/Я В-2209
Priority date: 1982-12-24
Filing date: 1982-12-24
Publication date: 1984-03-23

Abstract

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ, содержащий последовательно расположенные оптически согласованные осветитель, объектив, линзу, позиционно-чувствивсесоюзйА г ТЕКТйО. , К1е.,ГКлК К5ВЛ§ОТ /;)1 тёльный фотоприемник, квадранты которого соединены с входами четырех .предварительных усилителей, а выходы первого и второго предварительных усилителей соединены с входами суммирующего усилител , отличающийс тем, что, с целью повышени помехозащищенности, в него введены разностный усилитель, два компаратора и элемент И, при этом выходы третьего и четвертого предварительных усилителей соединены с входами разностного усилител , а выходы суммирующего и разностного усилителей через компараторы соединены соответственно с перВЕлм и вторым входами элемента И. 00 СП гPHOTOELECTRIC ROTATION SPEED SENSOR, containing successively located optically matched illuminator, lens, lens, positional sensation with the union of TEKTYO. , К1е., ГКлК К5ВЛ§ОТ /;) 1 a thermal photodetector, the quadrants of which are connected to the inputs of four preliminary amplifiers, and the outputs of the first and second preamplifiers, which in order to improve the noise immunity, A differential amplifier, two comparators and an AND element are introduced, while the outputs of the third and fourth preamplifiers are connected to the inputs of the difference amplifier, and the outputs of the summing and difference amplifiers are connected via comparators respectively with perVElm and second inputs member I. 00 g of SP

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть испол зовано дл измерени скорости вращени оптико-механических разверты вающих и сканирующих систем, а так же при построении прецизионных сис тем стабилизации скорости вращении объекта. Известен фотоэлектрический датчик скорости вращени , который содержит осветитель, объект,поэиционно-чувствительный фртрприемник, блок управлени ,компаратор, формирователь пускового импульса, два блока совпадений и триггер ij . Недостатком этого датчика вл етс его сложность и низка поме хозащищенность, поскольку импульсные амплитудные помехи или паразит ные световые сигналы на входе устройства привод т к по влению на вы ходе устройства ложного сигнала или наоборот к пропаданию информационного сигнала. Это происходит из-за помехи, котора ,- попада на вход триггера, переводит состо ние его выхода на противоположное. Наиболее близким к предлагаемом по технической сущности вл етс фотоэлектрический датчик скорости вращени , содержащий последователь но расположенные оптически согласо ванные осветитель, оптическую систему , позиционно-чувствительный фо топриемник, четыре предварительных усилител , два суммирующих усилител , два логарифмических усилител , кроме того, две смены строби ровани , дифференциальный усилител ограничитель, элемент ИЛИ и регули рующий усилитель. Причем выходы четырех квадрантов фотоприемника через четыре предварительных усилител соединены с входами первого и второго суммирующих усилителей, выходы которых соединены соответст венно с входами первого и второго логарифмических усилителей, выходы логарифмических усилителей соедине ны соответственно с входами первой и второй схемы стробировани , выход первой схемы стробировани сое динен с инвертирующим входом дифференциального усилител , а выход второй схемы стробировани соединен с неинвертирующим входом;дифференциального усилител , а также выходы первой и второй схем строби ровани соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход элемента ИЛИ через регулирующий усилитель соединен с стробирующими входами четырех пред варительных усилителей, а выход дифференциального усилител соединен с, входом ограничител 2 . Недостатком известного устройства , ограничивающим его применение в качестве датчика скорости вращени в развертывающих и сканирующих устройствах оптико-механических систем, вл етс его низка помехозащищенность от паразитных засветок квадрантов фотодиода и от вли ни амплитудных помех, наведенных на входе устройства, поскольку люба помеха усиливаетс в устройстве и, проход через весь тракт преобразовани , образует на выходе устройства ложный импульс. Целью изобретени вл етс повышение помехозащищенности фотоэлектрического датчика скорости вращени . Поставленна цель достигаетс тем, что в фотоэлектрический датчик скорости вращени , содержащий последовательно расположенные оптически согласованные осветитель, объектив, линзу, позиционно-чувствительный фотоприемник , квадранты которого соединены с входами четырех предварительных усилителей, а выходы первого и второго предварительных усилителей соединены с входами суммирующего усилител , введены разностный усилитель, два компаратора и элемент И, причем выходы третьего и четвертого предварительных усилителей соединены с входами разностного усилител , а выходы сум-, мирующего и разностного усилителей через компараторы соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И.j Такое построение схемы фотоэлектрического датчика скорости вращени позвол ет повысить помехозащищенность устройства от действи паразитных засветок, поскольку его выходной сигнал формируетс по двум параллельным ветв м - по сумме и по разности уровней выходных напр жений с квадрантов, фотоприемника, и только одновременное наличие сигналов с двух параллельных ветвей обеспечивает по вление выходного им{пульса . Образование информационного сигнала с фотоэлектрического датчика происходит при прохождении световым п тном квадрантов фотоприемника в строго определенной последовательности : одна пара квадрантов формирует с помощью суммирующего усилител и компаратора сигнал суммыj а друга пара квадрантов с помощью разностного усилител и компаратора - сигнал разности. С помощью элемента И происходит логическое сравнение этих сигналов. Только при одновременном наличии сигналов на двух входах элемента И образуетс выходной сигнал фотоэлектрическогоThe invention relates to a measuring technique and can be used to measure the speed of rotation of optical-mechanical scanning and scanning systems, as well as when building precision systems for stabilizing the speed of rotation of an object. A photoelectric rotation speed sensor is known, which contains an illuminator, an object, a poet-sensitive receiver, a control unit, a comparator, a starting pulse generator, two coincidence units, and a trigger ij. The disadvantage of this sensor is its complexity and low noise immunity, since pulsed amplitude interference or parasitic light signals at the device input cause a false signal during the course of the device or vice versa, the information signal disappears. This is due to interference, which, - falling on the trigger input, translates the state of its output to the opposite. The closest to the proposed technical entity is a photoelectric rotation speed sensor, containing sequentially located optically aligned illuminator, optical system, position-sensitive photo receiver, four preamplifiers, two summing amplifiers, two logarithmic amplifiers, and two gates changes , a differential amplifier limiter, an OR element, and a control amplifier. Moreover, the outputs of four quadrants of the photodetector are connected to the inputs of the first and second summing amplifiers through four preamplifiers, the outputs of which are connected respectively to the inputs of the first and second logarithmic amplifiers, the outputs of the logarithmic amplifiers are connected to the inputs of the first and second gating circuits, and the output of the first gating circuit a dinene with an inverting input of a differential amplifier, and the output of the second gating circuit is connected to a non-inverting input; of the amplifier, and outputs the first and second strobe Rovani circuits connected respectively to first and second inputs of OR member, the output of the OR gate via a control amplifier connected to strobe inputs of four amplifiers preliminarily before, and the differential amplifier output is connected to, input of the limiter 2. A disadvantage of the known device, limiting its use as a rotation speed sensor in scanning and scanning devices of optomechanical systems, is its low noise immunity from the parasitic illumination of the photodiode quadrants and from the influence of amplitude noise on the device input, since any interference is amplified in the device and, passing through the entire conversion path forms a false pulse at the device output. The aim of the invention is to improve the noise immunity of the photoelectric rotation speed sensor. The goal is achieved by the fact that a photoelectric rotation speed sensor containing successively located optically matched illuminator, lens, lens, position-sensitive photodetector, whose quadrants are connected to the inputs of four preamplifiers, and the outputs of the first and second preamplifiers are connected to the inputs of the summing amplifier, a differential amplifier, two comparators and an AND element are introduced, the outputs of the third and fourth preamplifiers are connected to the input the differential amplifier, and the outputs of the sum and peace and difference amplifiers are connected via the comparators to the first and second inputs of an element, respectively. Such a circuit of the photoelectric rotation speed sensor allows increasing the noise immunity of the device from parasitic illumination, since its output signal is generated by two parallel branches m - by the sum and difference of the levels of output voltages from quadrants, photodetector, and only the simultaneous presence of signals from two parallel branches bakes the output of the output {pulse. An information signal is generated from a photoelectric sensor when a photodetector passes the light spot of quadrants of a photodetector in a strictly defined sequence: one pair of quadrants generates a sum signal and another pair of quadrants using a summing amplifier and comparator using a difference amplifier and comparator — a difference signal. With the help of the element And there is a logical comparison of these signals. Only with the simultaneous presence of signals at the two inputs of the element And is the output signal of the photoelectric

датчика, а именно при наличии светового п тна от момента прихода его на определенные квадранты фотоприемника до прохождени им центра фотоприемника . При паразитной засветке одного из квадрантов фотоприемника либо любых других последовательно или накрест расположенных и засвечиваемых поочередно или одновременно , либо трех квадрантов, либо всех четырех квадрантов при нарушении последовательности прохождени световым п тном квадрантов фотоприемника выходной сигнал фотодатчика не образуетс , поскольку на одном из входов элемента И присутствует запрещающий потенциал логического нул , образованный либо разностным, либо суммирующим усилителем и соответствующим компаратором . При этом амплитуда помехи на входе устройства и величина паразитной засветки не оказывают на работу фотоэлектрического датчика никакого вли ни isensor, namely, in the presence of a light spot from the moment of his arrival on certain quadrants of the photodetector to the passage of the center of the photodetector. When one of the photodetector quadrants or any other sequentially or crosswise arranged and illuminated alternately or simultaneously, or three quadrants, or all four quadrants are parasitically illuminated, if the sequence of the photodetector’s light path is disturbed by the photodetector, the output signal of the photosensor does not form, because there is a forbidden potential of a logical zero formed by either a difference or summing amplifier and an appropriate comparator. In this case, the amplitude of interference at the device input and the magnitude of the parasitic illumination do not affect the operation of the photoelectric sensor i

Только в том случае, Когда светова помеха пройдет по тем же квадрантам и в той же последовательности , котора свойственна информационному сигналу, то на выходе фотодатчика возможно по вление ложного импульса. Таким образом, фотодатчик не устран ет полностью возможность прохождени на выход устройства помехи, а снижает веро тность ее прохождени .Only in the event that the light interference passes through the same quadrants and in the same sequence that is characteristic of the information signal, then a false pulse may appear at the output of the photosensor. Thus, the photosensor does not completely eliminate the possibility of interference to the output of the device, but reduces the probability of its passage.

На фиг.1 приведена блок-схема фотоэлектрического датчика скорости вращени ; на фиг.2-8 - эпюры напр жений на выходах отдельных блоков фотоэлектрического датчика скорости вращени дл случа , когда световое п тно пересекает сначала квадранты А и О а затем квадранты В и с . Датчик скорости вращени содержит (фиг.1) осветитель I, оптическую систему 2, позиционно-чувствительный фотопр.иемник 3, предварительные усилители 4-7, суммирующий усилитель 8, разностный усилитель 9, компараторы 10 и 11, элемент И 12. Выходы с квадрантов А и В позиционно-чувствительного фотоприемника подключены через предварительные усилители 4 .и 5 к суммирующему усилителю , а выходы с квадрантов С иВ фотоприемника подключены через предварительные усилители 6 ri 7 к разностному усилителю. .Figure 1 is a block diagram of a photoelectric rotation speed sensor; Figures 2 to 8 show voltage plots at the outputs of individual blocks of a photoelectric rotation speed sensor for the case when the light spot first crosses the A and O quadrants and then the B and C quadrants. The rotation speed sensor contains (figure 1) illuminator I, optical system 2, position-sensitive photo sensor. 3, preamplifiers 4-7, summing amplifier 8, differential amplifier 9, comparators 10 and 11, element I 12. Outputs from quadrants A and B of the position-sensitive photodetector are connected via preamplifiers 4. And 5 to the summing amplifier, and the outputs from quadrants C and B of the photoreceiver are connected through preamplifiers 6 ri 7 to the difference amplifier. .

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

световое п тно, созданное осветителем 1, обрабатываетс и фокусируетс оптической системой 2 на позиционно-чувствительный фотопри- , емник 3. В качестве последнего мо- ithe light spot created by the illuminator 1 is processed and focused by the optical system 2 onto the position-sensitive photodetector 3. The last mode is i

жет исполь,зойатьс , например, четы;рехквадрантньзй фотодиод, квадранты которого ориентированы по линии перемещени светового п тна, пересе ,каютего сначала квадранты А и О, а затем В и С . В период, когда световое п тно находитс вне фотоприемника , напр жение на выходах предварительных усилителей 4-7, предназначенных дл усилени мощности сигналов , поступающих с фотоприемника 3, равно нулю, а следовательно, и на выходах суммирующего усилител 8 и разностного усилител 9, компараторов 10 и 11 напр жени также равны нулю. Поскольку компараторы 10 и 11 работают в режиме индикаторов момента превышени сигналом нулевого уровн и их выходные сигналы наход тс на стандартных уровн х единицы или нул , соответствующих вход0ным управл ющим напр жени м цифровых схем, то на выходе элемента И, предназначенного дл осущест1.лени операции логического умножител сигналов , поступающих с разностного и суммирующего усилителей, присутствует потенциал логического нул , что соответствует отсутствию выходного сигнала с .фотоэлектрического датчика скорости вращени . I. .При по влении информационного сигнала световое п тно по вл етс сначала на квадрантах А и D фотоприемника 3 (фиг.2 и 3), при этом на выходах предварительных усилителей 4 и 7 по вл етс напр жение, пропорциональное площади засвеченных участков, на выходах предварительных усилителей 5 и б - нулевое напр жение, на выходе суммирующего усилител 8 (фиг.4) и разностного усилител 9 (фиг.5) образуетс положительный потенциал, на компараторах 10 и 11 он преобразуетс в стандартный уровень логической единицы (фиг.б и 7),а на выходе элемента И 12 по вл етс уровень логической единицы (фиг.8),т.е. формируетс передний фронт выходного сигнала . Ко.гда световое п тно расположено, больше на квадрантах А и D, чем на В и С, на выходе элемента 12 присутствует уровень логической единицы , что означает наличие на выходе устройства сигнала. При дальнейшем движении светового п тна напр жение на предварительных усилител х 4 и 7 уменьшаетс , а на предварительных усилител х 5 и б возрастает . На выходе разностного усилител при этом напр жение уменьшаетс , при совмещении центра светового п тна с центром фотоприемника разность напр жений на выходе раэjкостного усилител 9 равна нулю, на выходе компаратора образуетс запрещающий потенциал логического нул , а на выходе суммирующего усилител 8 - положительное напр жение, равное сумме сигналов с предварительных усилителей 4 и 5, компаратор 10 преобразует его в стандартный сигнал логической единицы, на выходе логического элемента 12 при сравнении сигналов с компараторов 11 и 10 по вл етс потенци ал логического нул , состо ние выхода элемента 12 мен етс на противоположное , т.е. формируетс задний фронт выходного импульса сигнала датчика скорости вращени .It is used, for example, by a pair; a quadrant photodiode, the quadrants of which are oriented along the line of movement of the light spot, crossing the cabin, first the quadrants A and O, and then B and C. During the period when the light spot is outside the photodetector, the voltage at the outputs of preamplifiers 4-7, designed to increase the power of the signals coming from the photoreceiver 3, is zero, and therefore, at the outputs of summing amplifier 8 and differential amplifier 9, comparators 10 and 11 voltages are also zero. Since the comparators 10 and 11 operate in the mode of indicators of the moment of exceeding the zero level signal and their output signals are at standard levels of one or zero corresponding to the input control voltages of digital circuits, then the output of the AND element intended for performing the operation the logical multiplier of the signals coming from the difference and summing amplifiers, there is a potential of logical zero, which corresponds to the absence of an output signal from the photoelectric rotation speed sensor. I.. When an information signal appears, a light spot appears first in quadrants A and D of the photodetector 3 (Figures 2 and 3), and the outputs of preamplifiers 4 and 7 appear with a voltage proportional to the area of exposed areas, at the outputs of the preamplifiers 5 and b is a zero voltage, a positive potential is formed at the output of summing amplifier 8 (Fig. 4) and differential amplifier 9 (Fig. 5), and converters 10 and 11 convert it to the standard level of the logical unit (Fig. b and 7), and at the output of the element I 12 a logic-one level (8), ie. the leading edge of the output signal is generated. When a light spot is located, it is more on quadrants A and D than on B and C, the output of element 12 is a logical one, which means that there is a signal at the output of the device. Upon further movement of the light spot, the voltage on the preamplifiers 4 and 7 decreases, and on the preamplifiers 5 and b increases. In this case, the voltage decreases at the output of the differential amplifier, when the center of the light spot coincides with the center of the photodetector, the voltage difference at the output of the amplifiers 9 is zero, the inhibitory potential of the logical zero is formed at the output of the comparator, and the output voltage of the summing amplifier 8 is positive, equal to the sum of signals from pre-amplifiers 4 and 5, the comparator 10 converts it into a standard signal of a logical unit at the output of logic element 12 when comparing signals from comparators 11 and 10 n This is a potential zero logic, the output state of element 12 is reversed, i.e. a rising edge of the output pulse of the rotation speed sensor signal is generated.

При дальнейшем движении светового п тна (световое п тно расположено больше на квадрантах 6 и С фотоприемника ) на выходе предварительного усилител 6 напр жение увеличиваетс , а на предварительном усилителе 7 уменьшаетс , на выходе разностного усилител 9 по вл етс отрицательный потенциал, на выходе компаратора 11 при этом остаетс запрещающий дл элемента И 12 потенциал логического нул , на выходе элемента И 12 - также потенциал логического нул , т.е. выходной сигнал датчика скорости отсутствует .Upon further movement of the light spot (the light spot is located more on quadrants 6 and C of the photodetector), the voltage increases at the output of preamplifier 6, and decreases at preamplifier 7, a negative potential appears at the output of differential amplifier 9 at that, the potential of logical zero for the element And 12 remains, and the potential of logical zero at the output of element And 12 is also no speed sensor output signal.

При вращении объекта в противоположном направлении (световое п тно пересекает сначала квадранты В и С, а затем А и D) устройство работает аналогичным образом, только стабильным будет передний фронт выходного сигнала датчика скорости вращени .When the object rotates in the opposite direction (the light spot crosses the quadrants B and C first and then A and D), the device works in the same way, only the leading edge of the output signal of the rotation speed sensor will be stable.

При засветке одного из квадрантов фотоприемника, например квадранта А , на выходе суммирующего усилител 8 по вл етс напр жение, пропорциональное площади засвеченных участков квадранта фотоприемника , а на разностном усилителе присутствует нулевой потенциал, значит на выходе устройства сигнал отсутствует , также и при засветке квадранта I) выходной сигнал устройства равен нулю, так как на выходе суммирующего усилител 8 напр жение .равно нулю, значит и на выходе элемента 12 присутствует потенциал логического нул . Выходной сигналWhen one of the photodetector quadrants, for example, quadrant A, is illuminated, a voltage proportional to the area of the illuminated portions of the photodetector quadrant appears at the output of summing amplifier 8, and there is zero potential at the differential amplifier, which means there is no signal at the output of the device ) the output signal of the device is zero, since the output of the summing amplifier 8 has a voltage equal to zero, which means that the output of the element 12 also has the potential of a logical zero. Output signal

отсутствует и тогда, когда произошла ложна засветка пары квадрантов ф6топриемника , например, А и и С ,А и С либо трех квадрантов А , В и С. в этом случае происходитis absent even when a false illumination of a pair of quadrants of a f-receiver, for example, A and C, A and C, or of three quadrants A, B and C, has occurred. In this case

0 усиление этой помехи по напр жению на предварительных усилител х 4-7, суммирование и вычитание этих напр жений - на суммирующем и разностном усилител х, но в любом случае0 the amplification of this interference over the voltage on the preamplifiers 4-7, the summation and subtraction of these voltages on the summing and difference amplifiers, but in any case

5 только на одном из выходов компараторов 10 и 11 присутствует потенциал логической единицы, а на другом компараторе в это же врем присутствует потенциал логического нуQ л , а значит и на выходе устройства отсутствует выходной сигнал. При.одновременной паразитной равномерной засветке всех четырех квадрантов фотоприемника ложный сигнал5 only at one of the outputs of the Comparators 10 and 11 there is a potential of a logical unit, and at the other comparator at the same time there is a potential of a logical value of QL, and therefore there is no output signal at the device output. At the same time parasitic uniform illumination of all four quadrants of the photodetector false signal

5 также не проходит на выход датчика скорости вращени , так как сигналы на предварительных усилител х б и 7 равны по амплитуде, значит на выходе разностного усилител напр жение равно нулю, а на выходе элемента 12 присутствует потенциал логического нул , и значит на выходе устройства отсутствует выходной сигнал .5 also does not pass to the output of the rotation speed sensor, since the signals on preamplifiers b and 7 are equal in amplitude, the voltage at the output of the difference amplifier is zero, and the output of element 12 has a logic zero potential, and therefore there is no device at the output output signal.

Таким образом, выходной сигнал фотоэлектрического датчика скорости вращени возникает на выходе устройства только при наличии светового п тна одновременно как ми- нимум на двух квадрантах фотоприемника , расположенных по направлению перемещени светового п тна.Thus, the output signal of the photoelectric rotation speed sensor appears at the output of the device only if there is a light spot at the same time as a minimum on two quadrants of the photodetector located in the direction of movement of the light spot.

Технико-экономические преимущества предлагаемого датчика скорости вращени по сравнению с известным 5 заключаетс в повышении помехозащищенности устройства и в сокращении числа элементов, вход щих в систему устройства.The technical and economic advantages of the proposed rotation speed sensor, as compared to the known 5, consist in increasing the noise immunity of the device and in reducing the number of elements included in the system of the device.

Фиг. IFIG. I

Фиг.FIG.

Фиг 4FIG 4

Фиг. 5FIG. five

Фиг. 6FIG. 6

Фиг ФигВFIG FIG

Claims

A PHOTOELECTRIC ROTATION SPEED SENSOR comprising optically matched illuminator, a lens, a lens, a position-sensitive photodetector, the quadrants of which are connected to the inputs of four preamplifiers, and the outputs of the first and second preamplifiers are connected to the inputs of the summing amplifier, characterized in that , in order to increase the noise immunity, a differential amplifier, two comparators and an element And are introduced into it, while the outputs of the third and fourth preliminary amplifiers the headers are connected to the inputs of the difference amplifier, and the outputs of the summing and difference amplifiers through the comparators are connected respectively to the first and second inputs of the element I.

CleroSoro Wastewater Stain φύι.1