SU1404821A1 - Оптический датчик перемещений с фазовым выходом - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Целью изобретени   вл етс  расширение диапазона измерений за счет повышени  чувствительности и линейности выходной характеристики датчика. Оптический датчик перемещений с фазовым выходом содержит однофазный источник I переменного напр жени , который осуществл ет амплитудную модул цию светового потока излучател  2 светового потока. Модулированный световой поток падает на второй фотоприемник 4 опорного сигнала и на отражающую поверхность 12 объекта контрол , от которой световой поток попадает на первый фотоприемник 3 отраженного сигнала. На выходах фотоприемников 4 и 3 формируютс  гармонические сигналы, сдвинутые один относительно другого по фа-. зе на 180 за счет питани  фотоприемников напр жением посто нного тока разной пол рности, С помощью фазовращателей 5 и 6 формируют сигналы, сдвинутые по фазе относительно отраженного сигнала в сторону опережес S

Description

ни  и в сторону отставани  на углы меньше 45 , которые через масштабирующие звень  7 и 8 соответственно поступают на сумматоры 9 и 10, на вторые входы которых подаетс  опорный сигнал . На сз маторах 9 и 10 происходит геометрическое сложение сигналов с

выходов масштабирующих звеньев 7 и 8 с опорным сигналом. Результирующие сигналы с выходов сумматоров 9 и 10 подаютс  на фазометр 11, с выхода которого снимаетс  зависимость разности фаз между двум  результирующими сигналами от измер емого перемещени .2 ил.

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  перемещений.

Целью изобретени   вл етс  расширение диапазона измерений за счет повьшени  чувствительности и линейности выходной характеристики датчика ,

На фиг.1 приведена структурна  схема датчика; на фиг,2 - векторна  диаграмма сигналов.

Датчик содержит однофазный источник 1 переменного напр жени , оптичес ки св занные излучатель 2 светового потока, вход которого св зан с выходом источника 1 переменного напр жени , и первый фотоприемник 3 отраженного сигнала, второй фотоприемник 4 опорного сигнала, оптически св занный с излучателем 2 светового потока, первый 5 и второй 6 фазовращатели, входы которых св заны с выходом первого фотоприемника 3 отраженного сиг- нала, первое 7 и второе 8 масштабирующие звень , входы которых св заны соответственно. с выходами первого 5 и второго 6 фазовращателей, первый 9 и второй 10 сз мматоры, первые входы которых св заны соответственно с выходами первого 7 и второго 8 масшта- бирзпощих звеньев, вторые входы - с выходом второго фотоприемника 4 опорного сигнала, фазометр 11, первый и второй входы которого св заны соответственно с выходами первого 9 и второго 10 сумматоров

Оптический датчик .перемещений с фазовым быходом работает следующим образом.

Однофазный источник 1 синусоидального напр жени  низкой частоты осуществл ет амплитудную модул цию све

г n 5

0

5

0

тового потока излучател  2 светового потока и модулированный световой поток падает на второй фотоприемник 4 опорного сигнала и на отражающую поверхность 12 объекта контрол , от которой отраженный световой поток попадает на первый фотоприемник 3 отраженного сигнала. На выходах фотоприемников 4 и 3 опорного и отраженного сигналов формируютс  гармонические сигналы и Vgro () частотой источника модулирующего напр жени  и сдвинутые один относительно другого по фазе на 180 (фиг,2) за счет питани  фотоприемников напр жени  посто нного тока разной пол рности, С помощью фазовращателей 5 и 6 формируют сигналы и,(х) и U (х), сдвинутые по фазе относительно отраженного сигнала UQ (х) в сторону опережени  и в сторону отставани , соответственно , на углы Ц), и (j (фиг,2), меньшие 45°, Гармонические сигналы U,(x) и U2(x) с выходов фазовращателей 5 и 6 через масштабирующие звень  7 и 8 поступают на первые входы сумматоров 9 и 10, а на вторые входы сумматоров 9 и 10 поступает опорный сигнал U с выхода фотоприемника 4, На сумматоре 9 происходит геометрическое сложение гармонических сигналов U,(x) и U, и на выходе сумматора 9 формируетс  первый результирующий сигнал Upeji, вектор которого вращаетс  вследствие изменени  по амплитуде отраженного сигнала U,(х) в функции перемещени .

Изменение фазы результирующего гармонического сигнала Чреэм (фиг,2) определ етс  выражением

.

-.-0,17,

(1)

cf,

Фо. изменение фазы результирующего сигнала Up с выхода первого сумматора 9; сдвиг фаз между гармоничеси

кими сигналами и, и U

оп

, М с выгармонический сигнал хода фотоприемника 4 опорного сигнала;

и,(х) - гармонический сигнал с выхода фотоприемника 3 отраженного сигнала, сдвинутый по фазе первым фазовращателем 5 и промодулирован- ный по амплитуде в функции перемещени .

Одновременно на сумматоре 10 происходит геометрическое сложение гармонических сигналов и(х) и Vg и на выходе сумматора 10 формируетс  второй результирующий сигнал U(x), вектор которого вращаетс  в противоположном направлении относительно вращени  вектора сигнала Upei,.| . Вращение вектора сигнала происходит вследствие изменени  по амплитуде отраженного сигнала ) в функции перемещени . Изменение фазы результирующего гармонического сигнала иреэ.г (фиг.2) определ етс  выражением

Ч. -arctg SiS- il°------ (2)

- fl;fe

где cf изменение фазы результирующего сигнала Vpt.z выхода второго сумматора 10; (02 - сдвиг фаз между гармоническими сигналами )-; и (х) - гармонический сигнал с выхода фотоприемника 3 отраженного сигнала, сдвинутый по фазе вторым фазовращателем 6 и промодулированный по амплитуде в функции пе-п ремещени .

и

Результирующие сигналы Upjj ,

с выходов сумматоров 9 и 10 подаютс  на входы регистрирующего пркбо- налами Upe., и U-g, ра -фазометра 11, с выхода которого близок к 360°, т.е.

снимаетс  зависимость разности фаз между двум  результирующими сигналами от измер емого перемещени  Cf f(х). В результате одновременного вращени  двух результирующих векторов

45 Из векторной диа из выражени  (3) сл тического датчика п вым выходом диапазо ности фаз между рез

повьш1енной в два ра ностью преобразован

55 Формул а из

и

рем

и Upe,,

разных направлени х

приращение фазы между результирующими сигналами ц tf, + и (фиг.2)

1404821

измен етс 

с удвоенной скоростью и

определ етс  функцией преобразовани 

sin Vo

Ч 4, + g)j arctg

COSVo,

иДхУ

sin Voz

cosV- +

. )

(3)

5

0

Повьпиение линейности выходной характеристики датчика достигаетс  путем выбора необходимых углов сдвига фаз (0, и Cj o между сигналами и и, (х)-, UQ и ) с помощью фазовращателей 5 и 6 и изменением с помощью масштабирующих звеньев 7 и 8 амплитуды сигналов U, (х) и и,(х) таким образом, чтобы отношени  сигнаUon

лов - и, (х)

и

Ула.- U(x)

были равны 1 в

точке Хр- (точка баланса), равной 2/3

диапазона измерени 

а 2,3 X,) .

При изменении мощности источника 2 излучени  вследствие ухода его собственных параметров, изменени  температуры и т.д., например, в сторону

0

увеличени , измен ютс  одну и ту же сторону и сигналы и

on

по величине в гармонические и UQT. (х) с выходов фото- 3 опорного

приемников 4 и 3 опорного и отраженного сигналов, а отношение сигналов и on

5 UoTp (х)

(вход щие в выражение (3) в

„ и on

виде отношении и, х)

и

,

U2

остаетс 

налами Upe., и U-g, близок к 360°, т.е.

практически посто нным и фаза if между результирующими сигналами Upg, , и Upe, 2 остаетс  при этом неизменной, т.е. исключаетс  вли ние изменени  мощности источника излучени  на результат измерени .

Из векторной диаграммы (фиг.2) и из выражени  (3) следует, что у оптического датчика перемещений с фазовым выходом диапазон изменени  разности фаз между результирующими сиг- больше 180° и

датчик обладает

повьш1енной в два раза чувствительностью преобразовани .

55 Формул а изобретени 

Оптический датчик перемещений с фазовым выходом, содержащий источник переменного напр жени , излучатель

UffX}

Claims (1)

1. Формула изобретения ’^04821 светового потока, вход которого св я-, зан с выходом источника переменного напряжения, первый фотоприемник, оптически связанный с излучателем светового потока, второй фотоприемник, первый фазовращатель и фазометр*, отличающийся тем, что7~ с целью расширения диапазона измерений, он снабжен вторым.фазовраща- 10 телем, первым и вторым масштабирующими звеньями, первым и вторым сумматорами, выходы которых связаны соответственно с первым и вторым входами фазометра, первые входы - с выходами первого и второго масштабирующих g звеньев соответственно, вторые входы с выходом второго фотоприемника, оптически связанного с излучателем светового потока, выход первого фотоприемника связан с входами первого и второго фазовращателей, выходы которых связаны с входами первого и второго масштабирующих звеньев соответственно.