SU1767327A1

SU1767327A1 - Оптический датчик перемещений

Info

Publication number: SU1767327A1
Application number: SU904893740A
Authority: SU
Inventors: Олег Альбертович Вильдфлуш; Вадим Александрович Доманов
Original assignee: Центр Научно-Технического Творчества Молодежи "Минск"
Priority date: 1990-12-25
Filing date: 1990-12-25
Publication date: 1992-10-07

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике. Цель изобретени - повышение точности и расширение области применени . Цель достигаетс введением в структуру датчика тактильного преобразовател и дифференциального усилител , что позвол ет производить калибровку датчика на линейном участке статической характеристики , компенсировать оптические шумы и температурный дрейф, осуществл ть измерение как многократных вибрационных, так и однократных перемещений. 3 ил.

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени линейных перемещений объектов , например инструмента станочного оборудовани , схвата робота и т. д.

Известен оптический датчик перемещений , содержащий разветвленный световод, источник и приемник светового излучени , а также регистратор отраженного от объекта измерени светового излучени .

Недостатком данного оптического датчика вл етс относительно низка точность , обусловленна вли нием на результаты измерени , изменений отражательной способности объекта измерени и степени прозрачности чувствительной поверхности световода (оптических шумов), а также температурного дрейфа источника и приемника светового излучени .

Известен также оптический датчик перемещений , который содержит светопрово- д щую систему с одним излучающим световодом и двум приемными световодами , источник света, фотоприемник, диффе- (/) ренциальный усилитель и регистратор.f

В данном устройстве частична компен- саци вли ни оптических шумов и темпера- Z турного дрейфа достигаетс за счет избыточного (эталонного) оптического канала и дифференциальной обработки сигна- | лов. Однако, в данном случае не ч исключаетс отрицательное вли ние на точ- О ность измерени неравномерности отража- VJ тельной способности объекта измерени и Јд) -неидентичности измерительного и эталон- KJN ного оптических каналов.wj

Наиболее близким техническим реше- нием к предлагаемому вл етс оптический Y. датчик перемещений, содержащий свето- провод щую систему, выполненную в виде - разветвленного световода, источник света, фотоприемник, оптически св занный с источником света через светопровод щую систему , блок выборки-хранени , информационным входом соединенный с выходом фотоприемника, и регистратор.

Благодар использованию одного измерительного опт веского канала и автоматической регулировки ркости источника светового излучени в соответствии с изменением отражтательной способности объекта измерени и температурного дрейфа устран ютс недостатки, св занные с неравномерностью отражательной способности объекта измерени и температурного дрейфа. К основным недостаткам данного устройства следует отнести дополнительные погрешности, св занные с его калибровкой (автоматической регулировкой) на нелинейном участке (максимуме) с низкой крутизной статической характеристики, зависимости динамической погрешности от степени периодичности перемещений объекта измерений, а также обусловленные требованием периодичности перемещени (вибрации) объекта измерени сужени функциональных возможностей, т. е. невозможность измер ть однократные перемещени объекта измерени , например схвата робота .

Целью изобретени вл ютс повышение точности и расширение области применени оптического датчика перемещений.

Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство, содержащее светопровод - щую систему, выполненную в виде разветвленного световода, источник света, фотоприемник, оптически св занный с источником света через светопровод щую систему , блок-выборки хранени , информационным входом соединенный с выходом фотоприемника, и регистратор, дополнительно введены тактильный преобразователь , формирующий сигнал управлени при приближении объекта измерени к чувствительной поверхности светопровод щей системы на заданном рассто нии, выход которого соединен с управл ющим входом блока выборки-хранени , дифференциальный усилитель одним из своих входом, под- ключенный к выходу фотоприемника, вторым входом к выходу блока выборки-хранени , а выходом к входу регистратора.

Сущность изобретени заключаетс в том, что введение тактильного пребразова- тел и дифференциального усилител обес- печивает повышение точности и расширение области применени за счет калибровки датчика на линейном участке статической характеристики, нечувствительности канала калибровки к оптическим шумам, температурному дрейфу и степени периодичности перемещени объекта измерени вплоть до измерени однократных перемещений.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого оптического датчика перемещений; на фиг. 1 - вариант возможной реализации тактильного преобразовани ;

5 на фиг. 3 - диаграмма, по сн юща принцип действи оптического датчика перемещений .

Предлагаемое устройство содержит светопровод щую систему 1, выплненную в

0 виде разветвленного световода, оптически св зывающего источник света 2, объект измерени и фотоприемник 3, выход которого подключен к информационному входу блока 4 выборки-хранени и одному из входов

5 дифференциального усилител 5; другой из входов дифференциального усилител 5 соединен с выходом блока 4 выборки-хранени , вход управлени которого св зан с выходом тактильного преобразовател 6, а

0 выход дифференциального усилител 5 соединен с входом регистратора 7.

Функции, выполн мые каждым из элементов устройства следующие: светопрово- д щэ система 1 выполнена в виде

5 разветвленного световода (фиг. 2), содержащего излучающий световод 8, по которому световой поток от источника 2 поступает к объекту измерени (на фиг. 1, 2 обозначен штриховкой). Отраженный от объекта изме0 рени световой поток воспринимаетс приемным световодом 9 и подаетс на фотоприемник 3.

В качестве источника 2 светового излучени могут быть использованы лампа нака5 ливани , светодиод или лазер. Фотоприемник 3 преобразует оптическое излучение в электрический сигнал, В качестве фотоприемника 3 могут быть использова- ны фотодиоды, фототранзисторы и

0 фотосопротивлени .

Блок 4 выборки-хранени предназначен дл реализации режима выборки (при отсутствии сигнала управлени ), когда сигнал на его выходе повтор ет сигнал на ин5 формационном входе, а также режима хранени , характеризующегос запоминанием мгновенного значени данного входного сигнала в момент времени по влени управл ющего сигнала на управл ющем

0 входе блока 4. Блок 4 выборки-хранени может быть выполнен на основе использовани стандартных схем типа КР 1100 СК 2 или АЦП-ЦАП.

Дифференциальный усилитель 5 пред5 ставл ет собой усилитель разностного аналогового сигнала, например стандартный операционный усилитель типа К140УД17.

Основной функцией тактильного преобразовател 6 вл етс формирование управл ющего сигнала в момент времени,

когда объект измерени и светопровод ща система 1 наход тс на заданном рассто нии Хэ (фиг. 2), т, е. сигнал калибровки оптического датчика в процессе перемещени обьекта измерени или светопровод щей системы 1. Величина Хэ выбираетс исход из услови попадани сигнала калибровки на линейный участок статической характеристики а, Ь (фиг. 3) зависимости выходного напр жени Оф фотоприемника 3 от рассто ни X до объекта измерени . Конструктивно чувствительный элемент тактильного преобразовател 6 может быть выполнен в виде (фиг. 2) жестко закрепленного на конце светопровод щей системы 1 кольца 10 из элластичного материала, наружна поверхность которого покрыта пленкой 11, чувствительной к прикосновению объекта измерени , например, токопроводной или тензорезистивной пленкой.

Возможно использование дл этих целей различного рода контактных (механические щупы) или бесконтактных (индуктивные, емкостные) концевых выключателей , нечувствительных к изменению светоотражающей способности объекта измерени и температурному дрейфу.

Дл нормализации управл ющего сигнала по амплитуде и длительности в тактильном преобразователе б примен етс схема формировани сигналов, например, ждущий мультивибратор К155АГ1. Регистратор 7 предназначен дл отображени ре- зультатов изменений относительно перемещени объекта и светопровод щей системы 1.

В качестве регистратора 7 могут быть использованы аналоговые устройства отображени (осциллографы, самописцы) или АЦП с цифровой индикацией.

Устройство работает следующим образом .

Источник света 2 создает световой поток , который посредством излучающего световода 8 светопровод щей системы 1 подводитс к объекту измерени , Отраженный от объекта измерени световой поток по приемному световоду 9 светопровод щей системы 1 поступает на фотоприемник 3, где преобразуетс в электрический сигнал .

Величина выходного сигнала фотоприемника 3 пропорциональна рассто нию X до объекта измерени и определ етс линейным участком a, b статической характеристики (фиг, 3, крива I). Под воздействием различного рода дестабилизирующих факторов , таких как температурный дрейф источника излучени 2 и фотоприемника 3, загр знени светоотражающей поверхности объекта измерени и чувствительной поверхности светопровод щей системы 1, статическа характеристика (фиг. 3) смещаетс вверх или вниз (фиг. 3, крива II) при сохранении посто нства крутизны преобразовани на линейном участке а, Ь, т. е. возникает погрешность смещени О (аддитивна погрешность ).

В исходном состо нии свнетопровод 0 ща система 1 находитс на рассто нии X от объекта измерени , при этом еще не происходит срабатывание тактильного преобразовател 6, а блок 4 выборки-хранени повтор ет на своем выходе выходное напр 5 жение фотоприемника 3. Поскольку на обоих входах дифференциального усилител 5 присутствуют одинаковые по амплитуде сигналы, регистратор 7 отображает нулевой отсчет координаты рассто ни до объекта

0 измерени . В процессе перемещени объекта измерени относительно светопровод щей системы 1 при выполнении услови X Хэ произойдет срабатывание тактильного преобразовател 6 и блок 4 выборки-хране5 ни по сигналу управлени с выхода тактильного преобразовател перейдет в режим хранени (записи мгновенного значени выходного напр жени фотоприемника 3 в момент времени по влени

0 управл ющего сигнала).

Как видно из характеристик, представленных на фиг, 3, под воздействием дестабилизирующих факторов посто нному значению Хэ соответствуют различные по

5 амлитуде сигналы 11фЭ1, ОфЭ2 на выходе фотоприемника 3, т. е. в точке Хэ статической характеристики иф(х) происходит отслеживание смещени О. Последующее после срабатывани тактильного преобразовате0 л б изменение рассто ни X между объектом измерени и светопровод щей системой 1 вызовет изменение соотношени между амплитудами входных сигналов дифференциального усилител 5. При этом

5 выходной сигнал блока 4 выборки-хранени остаетс посто нным до момента времени повторного срабатывани тактильного преобразовател б. Дифференциальный усилитель 5 осуществл ет вычитание посто нного

0 (калибровочного) сигнала с выхода блока 4 выборки-хранени и текущего (соответствующего рассто ни X до объекта измерени ) сигнал с выхода фотоприемника.

Учитыва то, что температурный дрейф,

5 а также изменени светоотражающей способности объекта измерени и коэффициента передачи светопровод щей системы 1 привод т к аддитивной погрешности, разностный сигнал на выходе дифференциаль- ного усилител 5 соответствует истинному

рассто нию До объекта измерени , т. е. на линейном участке a, b (фиг. 3) компенсируетс погрешность смещени О. Усиленный дифференциальным усилителем 5 разностный сигнал рассто ни X, отсчитываемый с момента срабатывани тактильного преобразовател , отображаетс регистратором 7 в виде осциллограммы или цифрового отсчета на цифровом индикаторе.

Таким образом, введение в устройство тактильного преобразовател 6 и- дифференциального усилител 5 позвол ет повысить точность (по сравнению с прототипом) и расширить его область применени за счет разделени измерительного и калибровочного каналов, нечувствительности калибровочного канала к температурному дрейфу и оптическим шумам, реализации процесса калибровки на линейном участке статической характеристики, запомнани сигнала калибровки, что позвол ет измер ть как периодически (колебательные) перемещени объекта, так и однократные перемещени , например схвата робота.

Claims

Формула изобретени

Оптический датчик перемещений, содержащий светопровод щую систему, выполненную в виде разветвленного световода, источник света, фотоприемник, оптически св занный с источником света

светопровод щую систему, блок выборки- хранени , информационным входом соединенный с выходом светоприемника, и регистратор, отличающийс тем, что, с целью повышени точности и расширени

области применени , в него дополнительно введен тактильный преобразователь, выход которого соединен с управл ющим входом блока выборки-хранени , и дифференциальный усилитель, одним из своих входов подключенный к выходу фотоприемника, вторым входом - к выходу выборки-хранени , а выходом - к входу регистратора.

ШШ

8

Фиг.2

4

Фцг.З

X