SU1613850A1

SU1613850A1 - Оптический датчик линейных перемещений

Info

Publication number: SU1613850A1
Application number: SU894639638A
Authority: SU
Inventors: Татьяна Ивановна Мурашкина; Юрий Анатольевич Лапшов; Ольга Васильевна Преснякова
Original assignee: Предприятие П/Я А-1891
Priority date: 1989-01-17
Filing date: 1989-01-17
Publication date: 1990-12-15

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл бесконтактного измерени перемещений в диапазоне до 500 м. Цель изобретени - расширение диапазона измерени за счет линеаризации выходной характеристики. Световой поток источника 1 излучени , сфокусированный первой линзой 2, падает на дополнительную линзу 5, имеющую диаметр D_б и фокусное рассто ние F_б, определ емые выражени ми D_б≥2D_фп+2F_м ^.TGΑ

F_б*98F_м+T_м+T_б, где D_фп - диаметр фотоприемника

F_м - фокусное рассто ние первой линзы 2

α - апертурный угол источника 1 излучени

T_м, T_б - толщина первой и дополнительной линз соответственно. Отраженный от контролируемого объекта световой поток собираетс дополнительной линзой 5 на фотоприемники 3, 4, где преобразуетс в электрический сигнал, по величине которого суд т о перемещении. 2 ил.

Description

Фиг.1

Изобретение относитс к измерительной технике и-может быть использовано дл бесконтактного измерени перемещений в диапазоне до 500 мм.

Цель изобретени - расширение диапазона измерени путем линеаризации выходной характеристики.

На фиг о 1 представлена оптическа схема датчика линейных перемещений; на фиг. 2 - сравнительные характеристики датчиков с дополнительной линзой и без нее

Датчик содержит источник 1 излучени , первую собирающую линзу 2 с фокусным рассто нием д, фотоприемники 3 и 4, .установленные симметрично относительно оптической оси датчика , и дополнительную собирающую линзу 5, установленную по ходу излучени после первой собирающей линзы 2 Датчик работает следующим образом. Световой поток источника 1 излучени , сфокусированный первой линзой 2, попадает параллельным пучком на дополнительную линзу 5 и далее собираетс в ее фокусе fg-, после которого начинает расходитьс . Часть отраженного от контролируемого объекта светового потока поступает на фотоприемники 3 и 4, где преобразуетс в электрический сигнал

. Механизм линеаризации датчика состоит в том, что в начале диапазона измерени за счет сужени светового п тна на поверхности значительно уменьшаетс отраженньш от него световой поток от величины Ф (в случае .параллельного попадани лучей) до величины Yg (фиг. 2)с

В точке диапазона измерени , совпадающей с задним фокусом дополнительной линзы 5 х; f 5 п тно достигает своего минимального размера, вре- i зультате чего отраженный световой пото , постзшающий на фотоприемники 3 и 4, значительно увепичиваётс в сравнении со световым потоком Р;(дл случа с параллельным ходом лучей) за счет уменьшени потока рассе ни , не попадающего на фотоприемники 3 и Аналогичные рассуждени справедливы и дл любой точки хд диапазона измерени .

Увеличение сигнала, в конце диапазона измерени позвол ет расширить / диапазон контролируемых перемещений. Из приведенных рассуждений можно сделать вывод, что чем дальще находитс х. fj, тем дальше от начала диапазона измерени происходит заметное усиление сигнала, Тое„ тем больше диапазон измерени

Оптимальным с точки зрени габаритов датчика вл етс вариант, при котором

5

0

5

0

40

+ D.

(1)

где d

45

50

55

- диаметр окружности, на ко- торой расположены фотоприемники -3 и 4;

а Вфр - внешний диаметр фотоприем- ника,

VMHH M V 2

где диаметр линзы 2.

Но ВА 2f. tgct,(3)

где oi - апертурный угол источника 1 излучени ,

тогда Dj 2Dq,n + 2f.tg((4)

Вторым условием расширени , диапазона измерени , а также максимальной линеаризации зависимости U f(x) при достаточной чувствительности преобразовани вл етс выбор рассто ни L, на котором линза 5 расположена относительно светоизлучающей площадки источника 1 излучени и, соответственно , относительно линзы 2 и фотоприемников 3 и 4 ,

С точки зрени уменьшени световых потерь, обусловленных затуханием в пространстве светового потока, отраженного от объекта, фотоприемники 3 и 4 и линза 2 должны бьп-ь расположены в непосредственной близости от линзы 5.

Отсюда рассто ние L определ етс

выражением

L - fM+ и+ Ч

t - толпд ны малой и большой линз соответственно.

Claims

В соответствии с законами геометрической оптики и на основе экспериментальных исследований установлено, что сужение светового потока, идущего к объекту, обеспечивающее увеличение диапазона измерени и линейности зависимости и f(x), происходит, если фокус fg- линзы 5 больше рассто ни L, т.е„ расположен за источником 1 излучени , т.е. t. Формула изобретени

Оптический датчик линейных перемещений , содержащий источник излучени

где t

м

5161

и собирающую линзу с фокусным рассто нием ц, фотоприемники, расположенные симметрично относительно оптической оси датчика, отличающийс тем, что, с целью расширени диапазона измерени , он снабжен дополнительной собирающей линзой, ус1;анов енной по ходу излучени после первой собирающей линзы и имеющей

диаметр Dr и фокусное рассто ние fg., определ емое выражени ми:

Dj-i 2Вфп +

f

де D

f

фП

od

2fMtge ;

« ч + м.

- диаметр фотоприемника;

м

апертурный угол источника излучени ;

и tp - толщины первой и дополнительной собирающих линз соответственно.

Хд X