SU1439633A1 - Optronic function converter - Google Patents

Optronic function converter Download PDF

Info

Publication number
SU1439633A1
SU1439633A1 SU874210168A SU4210168A SU1439633A1 SU 1439633 A1 SU1439633 A1 SU 1439633A1 SU 874210168 A SU874210168 A SU 874210168A SU 4210168 A SU4210168 A SU 4210168A SU 1439633 A1 SU1439633 A1 SU 1439633A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
light source
axis
light
directional
rotation
Prior art date
Application number
SU874210168A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Дмитриевич Колдашов
Александр Никитич Марченко
Валерий Викторович Орлов
Валерий Петрович Плахотный
Михаил Яковлевич Рахлин
Анатолий Кузьмич Смовж
Владимир Петрович Степанчук
Original Assignee
Институт Полупроводников Ан Усср
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт Полупроводников Ан Усср filed Critical Институт Полупроводников Ан Усср
Priority to SU874210168A priority Critical patent/SU1439633A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1439633A1 publication Critical patent/SU1439633A1/en

Links

Abstract

Изо0ретение откоситс  к области приборостроени  и позвол ет повысить точность преобразовани . Преобразователь содержит светонепроницаемый корпус, в котором размещены направ- ленный источник света, узел формировани  светового зонда и координатно- чувствительный фотопотенциометр дуговой конструкции. Узел формировани  светового зонда выполнен в виде симметрично закрепленного на входной оси непрозрачного тела вращени , зазор между внешней поверхностью которого и внутренней поверхностью корпуса имеет в продольном сечении форму светового лабиринта. В теле вращени  выполнен наклонный цилиндрический канал с отражающей поверхностью, оптически соедин ющий направленный источник света с фоточувствительным слоем, фотопотенциометра. При этом ось симметрии диаграммы направленности источника света совпадает с осью тела вращени  и проходит через центр симметрии ближайшего к направленному источнику света основани  цшшндри- : ческого кнала. Рассто ние h от излучающей поверхности направленного источника света до точки пересечени  оси цилиндрического канала с осью тела вращени  удовлетвор ет соотношению. cosX2flt-f) a.h.-|ctg|-b. где а - рассто ние от излучающей поверхности направленного источника света до внешней поверхности его корпуса в направлении излучени  , b прот женность светового зонда в радиальном направлении 2 - по луширина диаграммы направленности источника света; А- угол между осью цилиндрического канала и фоточувствительной поверхностью фотопотенциометра . П отличаетс  повышенной надежностью и устойчивостью к механическим - перегрузкам и может быть использован при создании промышленных роботов и автоматических манипул торов, в ий- формационно-измерительных и вычислительных комплексах в качестве дат- ; чика углового положени , функционального преобразовател , бесконтактного . переменного резистора. 3 ил. i (Л с 4: 00 CD 9d DOAdapting to the field of instrumentation and improves the accuracy of the conversion. The converter contains a light-tight housing in which a directional light source is placed, a light probe formation unit and a coordinate-sensitive photopotentiometer of the arc structure. The light probe formation unit is made in the form of rotation symmetrically fixed on the input axis of an opaque body, the gap between the outer surface of which and the inner surface of the body has the shape of a light labyrinth in longitudinal section. An inclined cylindrical channel with a reflecting surface, optically connecting a directional light source with a photosensitive layer of a photopotentiometer, is made in the body of rotation. At the same time, the axis of symmetry of the radiation pattern of the light source coincides with the axis of the body of rotation and passes through the center of symmetry of the base of the near-directional channel closest to the directional light source. The distance h from the radiating surface of the directional light source to the point of intersection of the axis of the cylindrical channel with the axis of the body of rotation satisfies the relation. cosX2flt-f) a.h.- | ctg | -b. where a is the distance from the radiating surface of the directional light source to the outer surface of its body in the direction of the radiation, b the length of the light probe in the radial direction 2 is the width of the radiation pattern of the light source; A is the angle between the axis of the cylindrical channel and the photosensitive surface of the photopotentiometer. P is distinguished by increased reliability and resistance to mechanical overloads and can be used in the creation of industrial robots and automatic manipulators, in information-measuring and computing complexes as data-; Chuck angular position, functional converter, contactless. variable resistor. 3 il. i (L from 4:00 CD 9d DO

Description

Изобретение относитс  к области оптоэлектронного приборостроени  и может быть использовано в робототехнике , информационно-измерительной и вычислительной технике в качестве функционального преобразовани , датчика угловых перемещений, бесконтактного переменного резистора.The invention relates to the field of optoelectronic instrumentation and can be used in robotics, information-measuring and computing equipment as a functional transformation, an angular displacement sensor, a non-contact variable resistor.

Целью изобретени   вл етс  повы- шение точности преобразовател  за счет увеличени  коэффициента использовани  светового потока направленного источника света.The aim of the invention is to increase the accuracy of the converter by increasing the utilization rate of the luminous flux of the directional light source.

На фиг.1 представлена конструктив на  схема оптоэлектронного функционального преобразовател  (ОЭФП), на фиг,2 - схема координатно-чувстви- тельного кругового фотопотенциомент- paj на фиг.З - часть схемы оптоэлек- тронного преобразовател .Figure 1 shows the constructive scheme of an optoelectronic functional converter (OEFP); FIG. 2 is a diagram of a coordinate-sensitive circular photopotential paj of FIG. 3 — a part of the optoelectronic converter circuit.

ОЭФП содержит координатно-чувст- вительный круговой фотопотенциометр 1, направленньй источник 2 света, узел формировани  светового зонда, выполненный в виде непрозрачного тела 3 вращени , световой лабиринт, выполненный в виде двух сопр женных гребенок 4 ,-4j, цилиндрический канал 5, входную ось преобразовател  6, причем фотопотенциометр 1 (фигс2) содержит размещенные на диэлектрической подложке 7 резистивный слой 8, фоточувствительный слой 9, омический коллектор 10, а кра  резисти-вного сло  8 снабжены омическими электро- дами 11, при этом вс  конструкци  преобразовател  помещена в светоне- проницаемьпЧ корпус 12; световой зонд 13 и резистор нагрузки 14, с которо- го снимаетс  выходное напр жение.OEFP contains a coordinate-sensitive circular photopotentiometer 1, a directional source 2 of light, a light probe formation unit, made in the form of an opaque rotation body 3, a light maze, made in the form of two conjugate combs 4, -4j, a cylindrical channel 5, an input axis converter 6, the photopotentiometer 1 (figs2) contains a resistive layer 8 placed on a dielectric substrate 7, a photosensitive layer 9, an ohmic collector 10, and the edges of the resistive layer 8 are equipped with ohmic electrodes 11, while struction transducer placed in svetone- pronitsaempCh body 12; the light probe 13 and the load resistor 14, from which the output voltage is removed.

На фиг.З схематически изображен предельный стгучай, из которого определено максимально допустимое значение Ьд,д рассто ни  Ь, и представ лены необходимые дл  этого геометрические построени . Направленный источник 2 света прин т точечным, поскольку рассто н ие h по крайней мере в п ть раз превышает геометрические размеры излучающей поверхности примен емых в ОЭФП направленных источников света, что достаточно дл  приме 1ени  данного приближени  с .удовлетворительной точностью. Пространственное положение излучающей по верхности направленного источника 2 света условно обозначено точкой А. Далр.е обозначены: СК - больша Fig. 3 shows schematically the limit stress, from which the maximum allowable value Bd, g of distance B is determined, and the geometric constructions necessary for this are presented. Directional light source 2 is taken as a point, because the distance h is at least five times larger than the geometrical dimensions of the radiating surface of directional light sources used in OEFP, which is enough to apply this approximation with satisfactory accuracy. The spatial position of the radiating surface of the directional source of light 2 is conventionally designated by the point A. Dal.e are marked: SC - large

.- .-

5 Ю 15 20 5 Ю 15 20

25 ЗО Q 25 ao Q

-дс 35ds 35

5050

5555

ось верхнего основани  наклонного цилиндрического канала 5; В - центр верхнего основани  цшпшдрического канала 5J AD - световой луч, образующий с отрезком АБ угол ; yi угол между осью BR цилгтдрического канала 5 и поверхностью фоточувствительного сло  9 координатно-чувстви- тельного фото приемник а, DP - нормаль к поверхности СЕ наклонного цилиндрического канала 5 в точке D падени  светового луча AD на поверхность СЕ, КБ - нормаль к поверхности СЕ, опущенна  из точки К. Величина .„.. выI КСбиралась из предельного случа , когда световой луч AD после отражени  в точке D попадает в точку К, т.е. пока еще отсутствует возврат лучей, наход щихс  в пределах угла излучени  2, направленного источника 2 света, из цилиндрического канала 5.the axis of the upper base of the inclined cylindrical channel 5; B - the center of the upper base of the 5J AD channel - the light beam forming an angle with the AB segment; yi is the angle between the axis BR of the cylindrical channel 5 and the surface of the photosensitive layer 9 of the coordinate-sensitive photo receiver a, DP is the normal to the CE surface of the inclined cylindrical channel 5 at the point D of the incident light beam AD to the surface CE, KB is the normal to the surface CE, omitted from the point K. The magnitude. „.. you I X selected from the limiting case when the light beam AD after reflection at the point D hits the point K, i.e. there is still no return of the rays that are within the angle of the radiation 2, the directional source 2 of the light, from the cylindrical channel 5.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Излучаемый направленным источником 2 света световой пучок входит в цилиндрический канал 5, выходной торец которого находитс  напротив фоточув ствительного сло  9 коо рдинатно-чув- ствительного фотопотенциометра 1. Прошедша  через цилиндрический канал 5 часть светового потока формирует на фоточувствительном слое 9 подвижный световой зонд 13, угловое положение которого преобразуетс  им в выходное напр жение, завис щее от угла поворота входной оси 6 по заданному функциональному закону. Фотопотенциометр 1 (фиг.2) с непрофилированным резистивным слоем 8 реализует линейную функцию преобразовани . При этом световой зонд 13, вьтолн ющий совместно с омическим коллектором 10 функцию движка электромеханического потенциометра, создает на ограниченном участке фоточувствительного слой 9 избыточную над темновой проводимость , вследствие чего осуществл етс  локальна  передача потенциала с резистивного сло  8 на омический коллектор 10. Поскольку электрический потенциал на непрофилированном резис- тивном слое 8 распределен по линейному закону (при условии, что удельное поверхностное сопротивление темновьк участков фоточувствительного сло  9 намного выше удельного поверхностного сопротивлени  резистивного сло  8), то в данном случае выходное напр жение зависит от угла поворота входной оси 6 по линейному закону. Реализаци  нелинейных функций преобразовани обычно осуществл етс  путем профилировани  резистивного сло  8.The light beam emitted by the directional source 2 of light enters the cylindrical channel 5, the output end of which is opposite the photosensitive layer 9 of the coordinate-sensitive photopotentiometer 1. After passing through the cylindrical channel 5 a part of the light flux on the photosensitive layer 9 forms a movable light probe 13, an angular whose position is transformed by it into an output voltage depending on the angle of rotation of the input axis 6 according to a given functional law. Photopotentiometer 1 (Fig. 2) with a non-profiled resistive layer 8 implements a linear conversion function. At the same time, the light probe 13, which together with the ohmic collector 10 performs the function of the electromechanical potentiometer engine, creates excessive over dark conductivity in a limited portion of the photosensitive layer 9, resulting in a local transfer of potential from the resistive layer 8 to the ohmic collector 10. Since non-profiled resistive layer 8 is distributed according to a linear law (provided that the surface resistivity of the photosensitive areas 9 of much higher surface resistivity of the resistive layer 8), in this case, the output voltage depends on the angle of rotation of the input axis 6 linearly. The implementation of non-linear conversion functions is usually accomplished by profiling the resistive layer 8.

Существенное значение дл  обеспечени  требуемой точности функционального преобразовани  имеет повьшзение коэффициента использовани  светового потока источника света, поскольку вли ние переходного сопротивлени  фоточувствительного сло  9 на точность функционального преобразовани  при значительных уровн х токового отбора не удаетс  скорректировать добавочным профилированием резистивного сло  8. Поэтому основным критерием оптимизации данного устройства  вл етс  минимизаци  потерь светового потока направленного источника 2 света . Дл  этого проведена отсутствующа  в других конструкци х преобразователей комплексна  оптимизаци  компонентов устройства, предусматривающа  конкретную взаимосв зь между шс параметрами : между геометрией коор- динатно-чувствительного фотопотенциометра , диаметром и углом наклона цилиндрического канала 5, высотой расположени  направленного источника 2 света и диаграммой, направленности из- . лучаемого им светового потока. Математическим выражением этой взаимосв зи  вл етс  указанное соотношение, ограничивающее минимальную h..,,,, иAn increase in the utilization factor of the light source of the light source is essential to ensure the required accuracy of the functional conversion, since the effect of the transient resistance of the photosensitive layer 9 on the functional conversion accuracy at significant current sampling levels cannot be corrected by additional profiling of the resistive layer 8. Therefore, the main optimization criterion of this device is to minimize the loss of luminous flux of directional source 2 over that For this purpose, the complex optimization of the device components, which is absent in other transducer designs, provides for a specific relationship between parameters: between the geometry of the coordinate-sensitive photopotentiometer, the diameter and inclination of the cylindrical channel 5, the height of the directional source 2 of light and the diagram of directivity from -. radiated light them. The mathematical expression of this relationship is the indicated ratio, which limits the minimum h .. ,,,, and

лЛИНllin

максимальную h высоту расположени  излучающей поверхности направленного источника 2 света над входным торцом цилиндрического канала 5. При заданных этим соотношением ограничени х излучаемый направленным источником 2 света световой пучок с угловой апертурой 2,, на который приходитс  практически вс  излучаема  мощность , не только полностью входит в наклонньт цилиндрический канал 5,. но при этом выполн етс  также услойие отсутстви  возврата части находившихс  в данном пучке световых лучей назад после отражени  от боковой поверхности цилиндрического канала 5. Ithe maximum h is the height of the radiating surface of the directional source 2 of the light above the entrance end of the cylindrical channel 5. Under the constraints given by this ratio, the light beam with an angular aperture 2 radiated by the directional source 2 of light, to which almost all radiated power falls, does not only fully enter the inclined cylindrical channel 5 ,. but at the same time, the condition of the absence of the return of a part of the light rays that were in this beam back after reflection from the lateral surface of the cylindrical channel 5 is also satisfied.

Необходимым условием обеспечени Prerequisite to ensure

прецизионности ОЭФП  вл етс  посто нство переходного сопротивлени  освещенного участка фоточувствительногр сло  9 при изменении углового положени  светового зонда 13. Поэтому ось симметрии диаграммы направленнос0The precision of the NEFP is the constant of the transition resistance of the illuminated portion of the photosensitive layer 9 when the angular position of the light probe 13 changes. Therefore, the axis of symmetry of the directional diagram 0

5five

00

ти источника 2 света должна совпадать с осью тела 3 вращени  и проходить через центр ближайшего к направлен- ному источнику 2 света основани  цилиндрического канала 5, что обеспечивает посто нньй уровень светового потока на выходе из цилиндрического канала 5 при повороте тела 3 вращени . Чтобы не возникали радиальные перемещени  светового зонда 13 относительно фоточувствительной области 9, необходимо разместить диэлектрическую подложку 7 ортогонально входной оси 6, а кольцеобразный фоточзпа- ствительньй слой 9 выполнить концен- трично входной оси 6. при этом ось наклонного цилиндрического канала 5 должна пересекать поверхность фоточувствительного сло  9 по ее среднему радиусу. Величина b прот женности светового зонда в радиальном направлении выбираетс  таким образо ;, чтобы она в 1,2-1,5 раза превьппала ши- 5 рину фоточувствительного сло  9. При этом световой поток используетс  наиболее рационально, поскольку уменьшение величины b приводит к повышению переходного сопротивлени  из-за увеличени  неравномерности ширины светового зонда, а чрезмерное увеличение параметра b - к непроизводительным потер м светового потока. .These sources of light 2 must coincide with the axis of the body of rotation 3 and pass through the center of the base of the cylindrical channel 5 closest to the directional source 2 of light, which ensures a constant level of light flux at the exit of the cylindrical channel 5 when the body of rotation 3 rotates. In order to avoid radial movements of the light probe 13 relative to the photosensitive area 9, it is necessary to place the dielectric substrate 7 orthogonal to the input axis 6, and the annular photosensitive layer 9 should be centered on the input axis 6. The axis of the inclined cylindrical channel 5 should cross the surface of the photosensitive layer 9 along its average radius. The magnitude b of the length of the light probe in the radial direction is chosen in such a way that it is 1.2-1.5 times larger than the width of the photosensitive layer 9. In this case, the luminous flux is used most efficiently, since a decrease in b leads to an increase in the transition resistance due to an increase in the unevenness of the width of the light probe, and an excessive increase in the parameter b - to the unproductive loss of m of the light flux. .

Дл  защиты темновых областей фоточувствительного сло  9 от фоновой засветки используетс  многократное отражение света в световом лабиринте 4 с поглощающими стенками, образованном между внутренней поверхностью светонепроницаемого корпуса 12 и внешней поверхностью тела 3 вращени . Данна  защита наиболее эффективна при выполнении указанного соотношени , поскольку снижение потерь светового потока направленного источника 2 света обеспечивает одновременно с понижением переходного сопротивлени  фотопотенциометра 1 также и снижение мощности одного из источников фоновой засветки.In order to protect the dark areas of the photosensitive layer 9 from background illumination, multiple light reflections are used in the light labyrinth 4 with absorbing walls formed between the inner surface of the light-tight case 12 and the outer surface of the rotation body 3. This protection is most effective when performing this ratio, since reducing the loss of the light flux of the directional source 2 of the light provides simultaneously with a decrease in the transition resistance of the photopotentiometer 1 also a reduction in the power of one of the sources of background illumination.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula 00 5five 00 5five 00 Оптоэлектронный функциональный преобразователь, содержащий расположенные на общей оси в светонепроницаемом корпусе направленный источник света и координатно-чувствительный круговой фотопотенциометр, между ко-.An optoelectronic functional converter containing a directional light source and a coordinate-sensitive circular photo potentiometer, located between a co-, located on a common axis in an opaque housing. IBIB
SU874210168A 1987-03-12 1987-03-12 Optronic function converter SU1439633A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874210168A SU1439633A1 (en) 1987-03-12 1987-03-12 Optronic function converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874210168A SU1439633A1 (en) 1987-03-12 1987-03-12 Optronic function converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1439633A1 true SU1439633A1 (en) 1988-11-23

Family

ID=21290858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU874210168A SU1439633A1 (en) 1987-03-12 1987-03-12 Optronic function converter

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1439633A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2469267C1 (en) * 2011-06-20 2012-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновский государственный университет Photoelectric converter of angles based on position-sensitive photodetector of arc configuration
CN107833721A (en) * 2017-12-13 2018-03-23 陕西宝成航空仪表有限责任公司 Photopotentiometer with Novel light path passage

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Щепина Н.С. Основы светотехники. М.: Энергоатомиздат, 1985, с.190-192. Патент FR № 2386111, кл. Н 01 С 10/14, опублик. 1978. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2469267C1 (en) * 2011-06-20 2012-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновский государственный университет Photoelectric converter of angles based on position-sensitive photodetector of arc configuration
CN107833721A (en) * 2017-12-13 2018-03-23 陕西宝成航空仪表有限责任公司 Photopotentiometer with Novel light path passage

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1237329C (en) Axial LED position detector for determining angular position of rotatable element
CA2069132A1 (en) Light-beam heating apparatus
CN100535606C (en) Optical encoder
SU1439633A1 (en) Optronic function converter
JPH06265370A (en) Optical rotation-angle detection apparatus
US7332708B2 (en) Optical encoder
DE58906887D1 (en) Angle measuring device.
JPS5941123B2 (en) optical position sensing device
JPH0694413A (en) Position detector
DE68904859D1 (en) ELECTRON BEAM PIPES WITH SPIRAL FOCUSING LENS.
US5625182A (en) Light sensor with position compensation accomplished by area distribution
SU1469345A1 (en) Photoelectric accumulator
SU1190513A1 (en) Static optronic selector switch
CN113639674B (en) Non-contact rotary potentiometer based on light refraction principle
SU886028A1 (en) Converter of shaft rotation angle to code
CN219064539U (en) Photoelectric receiving module and photoelectric encoder
JPS6031143Y2 (en) photoelectric switch
JPS6126818A (en) Detecting device for angle of rotation
US3281830A (en) Optical encoder
JP2822225B2 (en) Optical displacement detector
JPS57206810A (en) Measuring device for shielding device
JP2697017B2 (en) Membership generation device and membership function setting member
JPS60192267A (en) Condenser type rotary electrostatic voltmeter
JPS61246622A (en) Encoder
JPS61266917A (en) Encoder