SU1494217A1 - Фотоэлектрический преобразователь перемещени в код - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано дл  цифрового измерени  линейных перемещений. Целью изобретени   вл етс  повышение точности, расширение диапазона измерений и линеаризаци  выходной характеристики преобразовател . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в фотоэлектрический преобразователь перемещени  в код, содержащий источник 1 излучени , щелевую диафрагму 2, фотоприемники 3, 4, суммирующий усилитель 5, резисторный делитель 6 напр жени , компараторы 7-9, усилитель 10 посто нного тока и дешифратор 11, дополнительно между источником излучени  и фотоприемниками введен волоконно-оптический преобразователь, выполненный в виде двух пакетов световодов 13, 14, входные торцы 15, 16 которых уложены в плоскость, перпендикул рную направлению излучени , и образуют пр моугольный экран, а выходные торцы 17, 18 в соответствии с укладкой входных торцов 15, 16 собраны в два пучка и через соответствующие оптические системы 19, 20 сопр жены с фотоприемниками 3, 4. Кроме того, диафрагма 2 жестко св зана с источником 1 излучени  и имеет щель шириной, равной шагу квантовани  преобразовател . При этом распределение световодов в волоконно-оптическом преобразователе на два пакета осуществлено по закону обратной нелинейной световой характеристики фотоприемников 3, 4. Освещаема  входным лучом минимальна  площадь дл  каждого пакета световодов определ етс  из соотношени  S_мин=(β√U²M)/(Τ₀γ_C ^.E_N), где β - отношение сигнал/шум фотоприемников 3, 4, U_M - среднее квадратичное значение шума, Τ₀ - коэффициент пропускани  волоконно-оптического преобразовател , γ_с - чувствительность по напр жению, E_N - порогова  освещенность фотоприемников 3,4. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Description

(Л

5

ник 1 излучени , щелевую диафрагму 2, фотоприемни и 3,4, суммирующий усилитель 5, резисторный делитель 6 напр жени , компараторы 7-9, усилитель 10 посто нного тока и дешифратор 11, дополнительно между источником излучени  и фотоприемниками введен волоконно-оптический преобразователь , выполненный в виде двух паке- д тов световодов 13,14, входные торцы 15,16 которых уложены в плоскость, пернендикул рную направлению излучению , и образуют пр моугольный эк- ран, а выходные торцы 17,18 в соот- J5 ветствии с укладкой входных торцов 15,16 собраны в два пучка и через оответствующие оптические системы 19,20 сопр жены с фотоприемниками 3,4. Кроме того, диафрагма 2 жестко 20 в зана с источником 1 излучени 

и имеет щель шириной, равной шагу квантовани  преобразовател . При этом распределение световодов в волоконно-оптическом преобразователе на два пакета осуществлено по закону обратной нелинейной световой характеристики фотоприемников 3,4. Освещаема  входным лучом минимальна  площадь дл  каждого пакета световодов определ етс  из соотношени  fVot

мин F f отношение

О /с П

сигнал/шум фотоприемников 3,4; среднее квадратичное значение шума

- коэффициент пропускани  волоконно-оптического преобразовател ;

f.- чувствительность по напр же- -нию; Е р - порогова  освещенность фотоприемников 3,4. 1 з.п. ф-лы, 1 ил,

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано дл  цифрового измерени  линейных перемещений.

Цель изобретени  - повышение точности , расширение диапазона измерени  перемещени , а также линеаризаци  выходной характеристики преобразовател .

Важнейшим параметром работы фотоэлектрического преобразовател  перемещени  в код  вл етс  разрешающа  способность, котора  ограничена, во-первых, такими параметрами фото приемников, как величина отношени  сигйал/шум, среднее квадратическое значение шума, порогова  и интегральна  чувствительность, во-вторых, такими параметрами волоконно-оптического преобразовател , как площадь чувствительного сло  и оптические свойства (коэффициен гы пропускани , преломлени , отражени  и апертурный угол), Разрешающа  способность однозначно определ ет младший разр д преобразователа, тогда минимальна  площадь S, освещаема  входным лучом дл  каждого пакета световодов и соответствующа  младшему разр ду определ етс  из соотношени :

S ,

. .ТсЕп

где с - отношение сигнал/шум фотоприемника- .

среднее квадратичное значение шума j

Гд - коэффициент пропускани  волоконно-оптического преоб- 0 разовател ;

У1 - чувствительность по напр жению

Ер- порогова  освещенность фотоприемника .

с Предлагаема  математическа  зависимость позвол ет выбрать дл  определенного типа фотоприемников оптимальную минимальную площадь д::  младшего разр да фотопреобразовател , 0 и наоборот, дл  определенной конфигурации волоконно-оптического преобразовател  - оптимальный тип фотоприемника .

На чертеже представлена функцио- 5 нальна  схема фотоэлектрического преобразовател  перемещени  в код.

Фотоэлектрический преобразователь перемещени  в код содержит пространственно св занный с положением объекта источник 1 излучени  с щелевой диафрагмой 2, фотоприемники 3 и 4, суммирующий усилитель 5, резне- торный делитель 6 напр жени , п компараторов 7-9, усилитель 10 посто н- г ного тока, дешифратор 11, (п+1)-й компаратор 12, волоконно-оптически

.преобразователь, состо щий из дгп х I

пакетов световодов 13 и 14, входные торцы 15 и 1Ь которых улсзжеиы

0

в плоскости, перпендикул рной направлению излучени , и образуют пр мо- угольньш экран, а выходные торцы 17 и 18 в соответствии с укладкой входных торцов 15 и 16 собраны в два пучка и через соответствующие оптические системы 19 и 20 (в конкретном исполнении через соответствующие фокусирующие наборы линз) сопр жены с фотоприемниками 3 и 4, Изображение диафрагмы 2 в плоскости входных торцов 15 и 16 образует пр моугольную спетовую полоску 21.

Преобразователь работает следующим У)бразом,

Параллельнь- i световой поток, формируемый источником 1 излучени , проход  через щелевую диафрагму 2, ширина которой равна шагу квантовани  преобразовател  перемещени  в код, образует на поверхности входных торцов 15 и 16 перемещающуюс  световую полоску 21, котора  засвечивае т некоторые входные торцы как в пакете 13 световодов, так и в пакете 14 световодов .

Дл  линеаризации выходной характеристики разделение световодов в волоконно-оптическом преобразователе на две части осуществлено по закону обратной нелинейной световой характеристики фотоприемников 3 и 4, За счет такого выполнени  волоконно- оптического преобразовател  светова  полоска 21 засвечивает неодинаковое количество входных торцов 15 пакета 13 световодов и входных торцов 16 пакета 14 световодов. При движении световой полоски 21 площадь засветки (количество) одних входных торцов (например, входных торцов 15 пакета 13 световодов) уменьщаетс , а других (входных торцов 16 пакета 14 световодов ) увеличиваетс . В соответствии с этим измен етс  оптическа  мощность на выходах о Ьтических систем 19 и 20 (фокусирующих линз), которые преобразуют цифровой оптический сигнал в аналоговый, и измен ютс  значени  фототоков на выходах фотоприемников 3 и 4. Таким образом, световой поток в виде узкой пр моугольной полоски 21 с четкими границами сканирует по входным торцам 15 и 16 волоконно-оптического преобразовател , далее поток излучени , разделенный на два канала, преобразуетс  в оптических системах 19 и 20 в пропорцио0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

нальные оптические аналоговые сигналы и проходит на фотоприемники 3 и 4. При перемещении полоски 21 с одного кра  волоконно-оптического преобразовател  на другой суммарный фото- ток двух фотоприемников 3 и 4 остаетс  посто нным. Ширина световой полоски 21 (ширина щели диафрагмы 2) выбираетс  равной щагу квантовани  преобразовател , а длина выбираетс  с учетом чувствительности фотоприемников 3 и 4 излучени  равной суммарной ширине входных торцов 15 и 16 волоконно-оптического преобразовател , что ведет к посто нству величины напр жени  на выходе суммирующего усилител  5,

Благодар  незначительной толщине световодов удаетс  получить высокую дискретность в измерении,

Дл  п,С1Вышени  разрешающей способности преобразовател  компараторы 7-9 работают в режиме с минимально возможным гистерезисом. Коэффициенты усилени  суммирующего усилител  5 и усилител  10 посто нного тока выбираютс  такими, что при полной засветке фотоприемника 3 напр жени  на их выходах равны между собой и равны и. Выходной код снимаетс  с выходов дешифратора 11.

Claims (2)

1. Фотоэлектрический преобразователь перемещени  в код, содержащий источник излучени , щелевую диафрагму , два фотоприемника, выход первого из которых соединен с первым входом суммирующего усилител  и входом усилител  посто нного тока, выход которого соединен с первыми входам1 п компараторов (где п - разр дность преобразовател ), выход второго фотоприемника соединен с вторым входом суммирующего усилител , выход которого соединен с первым входом резисторного делител  напр жени  и входом (п+1)-го компаратора, выход которого соединен с управл ющим входом дешифратора, второй вход резисторного делител  напр жени  подключен к шине нулевого потенциала, а выходы соединены с вторыми входами соответствующих п компараторов, выходы которых соединены с соответствующими информационными входами дешифратора , выходы которого  вл ютс  выходами преобразовател , о т л и 7

чающийс  тем, что, с целью повьшени  точности и расширени  диапазона измерений преобразовател , в него введены две оптические системы и волоконно-оптический преобразователь , вьтолненный в виде двух пакетов световодов, а щелева  диафрагма жестко соединена с источником излучени , волоконно-оптический преоб- разователь установлен перед диафрагмой , входные торцы световодов обоих пакетов уложены в плоскости перемещени  и образуют пр моугольный экран, обращенный в сторону диафраг

17

мы

8

а выходные торцы световодов каждого пакета через соответствующую оптическую систему оптически св заны с соответствующим фотоприемников.

2. Преобразователь пр п. 1, отличающийс  тем, что, с целью линеаризации выходной характеристики преобразовател , входные торцы световодов волоконно-оптического преобразовател  распределены между пакетами вдоль направлени  перемещени  по закону обратной нелинейной световой характеристики фотоприемников .