SU1479830A1

SU1479830A1 - Фотоэлектрический датчик перемещени

Info

Publication number: SU1479830A1
Application number: SU874212422A
Authority: SU
Inventors: Георгий Львович Даниелян; Ашот Макабеевич Манукян; Мелкон Андраникович Есаян
Original assignee: Институт радиофизики и электроники АН АрмССР
Priority date: 1987-03-19
Filing date: 1987-03-19
Publication date: 1989-05-15

Abstract

Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике. Целью изобретени вл етс расширение функциональных возможностей путем одновременного измерени нар ду с положением объекта скорости его перемещени и его прот женности. Луч света от импульсного источника 3 света направл етс на объект, отражаетс от него и попадает на четырехэлементный фотоприемник 5. С выхода фотоприемника 5 сигнал через четырехканальный одночастотный усилитель 6 и четырехканальный блок 7 детектировани поступает на входы суммирующих усилителей 12,13,14,15, в которых формируютс сигналы двух строк и двух столбцов. Полученные сигналы строк и столбцов поступают на компараторы 16,17,18,19, где сравниваютс с пороговыми напр жени ми, задаваемыми регулируемым источником 29 напр жени , и формируют сигналы разрешени счета, которые через разрешающие элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20,21 поступают на вход счетчиков 25,26, конечное состо ние которых пропорционально скорости перемещени объекта. Через разрешающие элементы И 22,23 они поступают на вход счетчиков 24,27, конечное состо ние которых содержит информацию о положении объекта и его прот женности. 3 ил.

Description

Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике и может быть использовано как бесконтактный преобразователь скорости перемещени или положени отражающего объекта.

Цель изобретени - расширение функциональных возможностей путем одновременного измерени положени объекта , скорости и прот женности его пе- ремещени .

На фиг. 1 изображена блок-схема фотоэлектрического датчика перемещени ; на фиг. 2 - различные фазы положени п тна - проекции отражающего объекта на элементах матрицы фотоприемника при перемещении объекта; на фиг. 3 - диаграммы работы датчика.

Фотоэлектрический датчик перемещени содержит корпус 1 со светонепро- ницаемой перегородкой, конденсор 2, установленньй в корпусе 1, импульсный источник 3 счета, установленный излучающей поверхностью в фокусе конденсора 2, фокусирующий блок 4, че- тырехквандрантный фотоприемник 5, установленный фотоприемной поверхностью перпендикул рно и симметрично оси фокусирующего блока 4, одночастотный усилитель 6, установленный в корпусе 1, блок 7 детектировани , состо щий из детекторов 8-11, суммирующие усилители 12-15, компараторы 16-19, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20 и 21, элементы 2И 22 и 23, счетчики 24-27 импульсов , генератор 28 импульсов и регулируемый источник 29 напр жени . Конденсор 2 и импульсный источник 3 света отделены светонепроницаемой перегородкой корпуса 1 от установлен- ньтх в нем фокусирующего блока 4, фотоприемника 5 и одночастотного усилител 6, соединенного четырьм входами с четырьм выходами четырехкван- дрантного фотоприемника 5. Четыре выхода одночастотного усилител б соединены с входами четырех детекторов 8-11 блока 7 детектировани . Выход детектора 8 соединен с первыми входами суммирующих усилителей 12 и 14, выход детектора 9 - с вторыми входами суммирующих усилителей 12 и 13, выход детектора 10 - с вторыми входами сум- сирующих усилителей 14 и 15, выход детектора 11 - с первыми входами суммирующих усилителей 12 и 15. Выходы суммирующих усилителей 12 - 15 соединены с первыми входами компараторов 16 - 19, вторые входы которых соеди

25

30

,

JQ

$

20 0 5

35

0

5

нены с выходом регулируемого источника 29 напр жени . Выход первого компаратора 16 соединен с первыми входами первых элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20 и 2И 22, выход второго компаратора 17 - с первыми входами вторых элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 и 2И 23, выход третьего компаратора 18 - с вторыми входами вторых, элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 и 2И 23, выход четвертого компаратора 19 - с вторыми входами первых элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20 и 2И 22. Выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20 и 21 и элементов 2И 22 и 23 соединены с входами разрешени счета счетчиков 25, 26, 24 и 27,счетные входы которых соединены с выходом генератора 28 импульсов и входом источника 3 света.

Фотоприемна матрица фотоприемника 5 содержит четыре приемных элемента - 30-33.

Устройство работает следующим образом .

Посто нные4 по амплитуде импульсы от генератора 28 импульсов поступают на импульсный источник 3 света с час- тотой, равной частоте пропускани каналов одночастотного усилител 6. Световые импульсы импульсного источника 3 света поступают на конденсор 2 и выход т из датчика в виде импульсного- светового потока с малой угловой расходимостью. Отраженньй от перемещаемого объекта импульсный световой поток поступает на фокусирующий блок 4. При изменении положени отражающего объекта в зоне светового потока измен етс положение п тна- проекции на фотоприемнике 5. Характерные положени 34-40 п тна-проекции на четырех элементах 30-33 фотоприемника 5 показаны на фиг. 2,

При положении отражающего объекта симметрично оси фокусирующего блока 4 п тно-проекци занимает центральное положение на фотоприемнике 5 (п. 34, фиг. 2). Импульсные токи элементов 30-33 станов тс равными по амплитуде, после детектировани в блоке 7 детектировани сигналы на четырех его выходах по уровню равны. Сигналы детекторов 8-11 поступают на входы суммирующих усилителей 12-15. В первом суммирующем усилителе 12 суммируютс сигналы с детекторов 8 и 9 соответствующие первому 30 и второму 31 элементам фотоприемника 5, во втором

3147

суммирующем усилителе 13 - с детекторов 10 и 11, соответствующих второму

31и. четвертому 33 элементам фотоприемника 5; в третьем суммирующем усилителе 14 - с первого 30 и третьего

32элементов, в четвертом суммирующем усилителе 15 - с третьего 32 и четвертого 33 элементов.

Сигналы с суммирующих усилителей 12 - 15 поступают на первые входы компараторов 16-19 и сравниваютс с регулируемым при настройке уровнем, поступающим на вторые входы компараторов 16-19.

Статическое положение объекта оцениваетс по срабатыванию от вертикального его кра , например, по комбинации срабатывани второго компаратора 17 и отсутстви срабатывани в третьем компараторе 18.

В режиме перемещени объекта фотоэлектрический датчик перемещени работает следующим образом.

Сигналы с суммирующих усилителей 12-15 соответствуют перемещению по двум перпендикул рным ос м, проход щим по лини м разделени элементов матрицы.фотоприемника 5. При условии введени в датчик в качестве фокусирующего блока 4 линзы-ахромата аберрации оптической системы существенно уменьшаютс и край светового п тна- проекции становитс четко выраженным, а раздельное суммирование сигналов

в суммирующих усилител х 12-15 с эле- ментов матрицы фотоприемника 5 обеспечивает независимость сигнала о перемещении объекта в горизонтальном направлении (выходы суммирующих усилителей 13 и 14) от сигнала о перемещении в вертикальном направлении (выходы суммирующих усилителей 12 и 15). Скорость перемещени объекта в горизонтальном направлении фиксируетс по фазовому сдвигу фронта нарастани входных сигналов с суммирующих усилителей 13 и 14 (фиг. За,б)и поступает на первые входы компараторов 17 и 18. При установлении на вторых входах компараторов 17 и 18 определенного уровн с выхода регулируемого источника 29 напр жени (фиг. За,б пунктир ) между моментами срабатывани выходного сигнала компаратора 18 (фиг.

o

0

5

0

рого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 ,с выхода которого сигнал (фиг.Зд) поступает на вход разрешени счета счетчика 26, предварительно настроенного на состо ние полного заполнени всех разр дов и на операцию вычитани импульсов . При наличии высокого уровн на входе разрешени счета сигнала по фиг. Зд импульсы с генератора 28 импульсов, поступающие на счетный вход счетчика 26, вычитаютс и остаток , записанный в счетчике 26 после завершени прохождени по горизонтальной оси объекта, соответствует значению скорости перемещени .

При проходе отражающего объекта с посто нным коэффициентом отражени по горизонтальной оси длительность сигналов компараторов 17 и 18 пр мо пропорциональна его прот женности,а при посто нной скорости перемещени - только прот женности по горизонтальной оси и может быть определена по длительности срабатывани как компаратора 17, так и компаратора 18. Малое вли ние фоновой засветки приводит к тому, что кран изображени движущегос объекта перемещаетс по фотоприемнику 5 без изменени контраста с четко очерченной границей.

Сигнал с компараторов 17 и 18 поступает на входы второго элемента 2И 23, который формирует на его вы

ходе сигнал, пропорциональный прот женности объекта и поступающий на вход разрешени счета счетчика 27. Число импульсов, записываемых в счетчике 27, пропорционально прот женности объекта по горизонтальной оси.

При изменении коэффициента отражени объекта, например, в два раза, происходит только падение уровн сигналов на элементах фотоприемника 5 без искажени размеров и формы п тна- проекции объекта. При том же уровне срабатывани (фиг. Зг,д, горизонтальный пунктир) длительность сигналов срабатывани компараторов 17 и 18 измен етс незначительно, а сдвиг между их передними и задними фронтами остаетс неизменным. Длительность сигналов с элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 и число, записываемое с счетчик

(фиг.3в,г) имеетс временной интервал,55 26 и характеризующее скорость переобратно пропорциональный скорости перемещени . Сигналы с выходов компараторов 17 и 18 поступают ца входы вто,мещени объекта по горизонтальной оси, не зависит от коэффициента отражени объекта.

Перемещение объекта одновременно по вертикальной и горизонтальной ос м отражаетс на перемещении п тна-проекции под непр мыми углами к ос м (например, п. 39 и 40, фиг. 2) и вл етс суперпозицией рассмотренных режимов работы. Например, вращающийс отражающий объект,,. не полностью перекрывающий световое п тно от источника 3 импульсного излучени и конденсора 2, приводит к поочередному включению (с перекрытием компараторов 16 -19), что позвол ет с высокой

20

достоверностью идентифицировать отра- -|g ремещени объекта соответственно,вы- жающие некруглые объекты, перемещаемые захватом манипул тора, имеющим 3-4 степени свободы перемещени .

Claims

Формула изобретени

Фотоэлектрический датчик перемещени , содержащий оптически св занные импульсный источник света и конденсор , предназначенные дл установки в отраженном от объекта световом потоке оптически св занных фокусирующего блока и фотоприемника, последовательно соединенные одночастотный усилитель и блок детектировани , регулируемый источник напр жени , выход фотоприемника соединен с входом од25

ход компаратора четвертого канала компарировани соединен с вторыми входами элементов И и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первых каналов вычислени прот женности объекта и скорости перемещени объекта соответственно, выход регулируемого источника напр жени соединен с вторыми входами компараторов каждого из четырех каналов компарировани , выход генератора импульсов соединен с импульсным источником света и счетными входами счетчиков каждого из каналов вычислени прот женности объекта и скорости перемещени объекта, первый выход блока детектировани соединен с первыми входами суммирующих усилителей первого и третьего каналов компарировани , второй выход блока детектировани соединен с первым и вторым входами суммирующих усилителей второго и первого каналов компарировани соответственно , третий выход блока детектировани соединен с вторым и первым входами .„ суммирующих усилителей третьего и чет вертого каналов компарировани соответственно , четвертый выход блока детектировани соединен с вторыми входами суммирующих усилителей второго и четвертого каналов компарирова30

усилител .

о т л и ч аночастотного ю щ и и с тем, что, с целью расширени функциональных возможностей путем измерени нар ду с положением объекта скорости его перемещени и его прот женности, он снабжен четырьм каналами компарировани , каждый из которых состоит из последовательно соединенных суммирующего усилител и компаратора, двум каналами вычислени прот женности объекта, каждый из которых состоит из последовательно соединенных элемента И и счетчика, двум каналами вычислени скорости перемещени объекта, каждый из которых состоит из последовательно соединенных элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и счетчика, и генератором импульсов, выход компаратора первого канала компарировани соединен с первыми входами элементов И и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первых каналов вычислени прот женности объекта и скорости перемещени объекта , соответственно, выход компаратора второго канала компарировани соединен с первыми входами элементов И и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ вторых каналов вычислени прот женности объекта и скорости перемещени объекта соответ- ственно, выход компаратора третьего канала компарировани соединен с вторыми входами элементов И и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ вторых каналов вычислени прот женности объекта и скорости пе0

ремещени объекта соответственно,вы-

5

ход компаратора четвертого канала компарировани соединен с вторыми входами элементов И и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первых каналов вычислени прот женности объекта и скорости перемещени объекта соответственно, выход регулируемого источника напр жени соединен с вторыми входами компараторов каждого из четырех каналов компарировани , выход генератора импульсов соединен с импульсным источником света и счетными входами счетчиков каждого из каналов вычислени прот женности объекта и скорости перемещени объекта, первый выход блока детектировани соединен с первыми входами суммирующих усилителей первого и третьего каналов компарировани , второй выход блока детектировани соединен с первым и вторым входами суммирующих усилителей второго и первого каналов компарировани соответственно , третий выход блока детектировани соединен с вторым и первым входами „ суммирующих усилителей третьего и четвертого каналов компарировани соответственно , четвертый выход блока детектировани соединен с вторыми входами суммирующих усилителей второго и четвертого каналов компарирова0

5

5

0

ни , фотоприемник выполнен четырех- квандрантным, одночастотный усилитель и блок детектировани выполнены четы- рехканальными, фокусирующий блок выполнен в виде линзы-ахромата, оптическа ось которой совмещена с центром симметрии фоточувствительной области фотоприемника.

34

35

37

эе

фиг. 2

а

f

36

зз

ио

1Г