SU643942A1

SU643942A1 - Displacement-to-code converter

Info

Publication number: SU643942A1
Application number: SU762420417A
Authority: SU
Inventors: Виктор Борисович Богданович; Петр Васильевич Здрилюк; Сергей Васильевич Свечников
Original assignee: Институт Полупроводников Ан Украинской Сср
Priority date: 1976-11-12
Filing date: 1976-11-12
Publication date: 1979-01-25

Description

Изобретение относитс к области контрольно-измерительной техники, а именно к функциональным схемам фотоэлектрических датчиков положени , и может быть использовано дл измерени перемещени границы темной и светлой областей в технологических высокотемпературных процессах, например ia выращивании кристалла нз расплава, в а других процессах, где имеютс самосвет щиес объекты контрол , св зь с которыми возможна лишь оптическим путем.The invention relates to the field of instrumentation technology, namely to functional circuits of photoelectric position sensors, and can be used to measure the movement of the border of the dark and light areas in high-temperature technological processes, such as ia melt crystal growth, and in other processes where there are self-light control objects with which communication is possible only by optical means.

Работа фотоэлектрических датчиков положени основана на влении фотопроводимости , т.е. на изменении электропроводности полупроводников под де1йствием излучени . - - - .-..-: - -. :. :. -. .-. .; . , : :The operation of photoelectric position sensors is based on photoconductivity, i.e. on the change in the electrical conductivity of semiconductors under the effect of radiation. - - -.-..-: - -. :. :. -. .-. ; . ,::

Известные фотоэлектрические цифровые датчики положени , содержащие сточник света, кодирующую маску, фотоприемник с целевой диафрагмой и электронный блок {t), требуют механического контакта с контролируемым объектом. Либо установки на контролируемом объекте зеркала или диафрагмы. Поэтому они не могут быть использованы дл измерени перемещений темной.к светлой областей.Famous photoelectric digital position sensors containing a source of light, a coding mask, a photodiode with a target diaphragm and an electronic unit {t) require mechanical contact with the object being monitored. Or installation on a controlled object mirrors or diaphragms. Therefore, they cannot be used to measure the movements of dark areas of light.

Известны фотоэлек-Ерическиё аналоговые датчики положени полубесконечного светового пол , содержащие объектив, позиционно-чувёт&ительный аналоговый фотоприёмник , выполненный в виде нанесенной на подлоЖку светочувствительной площадки с двум электродами, и измернтельную цепь 2.The photoelectric-eric analog sensors of the position of a semi-infinite light field, containing a lens, are positionally sensing an analogue analog photodetector made in the form of a photosensitive area with two electrodes applied to the substrate, and a measuring circuit 2.

Недостатком этих датчиков вл етс значйтельнай погрешность преобразовани за счет ркости свечени контролируемого объекта во времени, э также за счет собственного дрейфа позиционного-чуВствйтельHQfo аналогового фотоприемника.The disadvantage of these sensors is the significant conversion error due to the luminance of the monitored object over time, also due to the own drift of the positional-QHfo analogue photodetector.

Один нз этих недостатков, а именно погрешность за счет .собственного дрейфа ф6топриеиника , устранен в наиболее близком tto технической сущности к за вл емому техническому решению преобразователе перемещени , сод ёржаШий объектив и фотоприемники с электродами, соединенными с измерительным блоком 3.One of these shortcomings, namely, the error due to the own drift of the f6th receiver, is eliminated in the closest tto of the technical essence to the proposed technical solution of the displacement transducer, containing a second objective and photodetectors with electrodes connected to the measuring unit 3.

Однако, этйт датчик за счет изменени ркости свечйгйй к й1ТроЛируемого объекта во времени имеет 15огрнешность преобразовани не менее SVo.;However, this sensor, due to a change in the luminance of a candle to an object, in time, has a 15% conversion of at least SVo .;

Щелью данного изобретени вл етс повышение точности преобразовани . Поставленна цель достигаетс тем, что в преобразователе перемещени в код фотоприемник выполнен в виде расположенных между электродами дискретных дорожек с чередующимис чувствительными и нечувствительными к световому потоку чейками, причем дорожки одного разр да сдвинуты относительно друг друга так, что чувствительные чейки одной дорожки расположены против нечувствительных чеек другой, а измерительный блок выполнен из параллельных цепей, кажда из которых состоит из последовательно соединенных дифференциальных цепочек и усилителей, выходы которых подключены к триггеру. На приведенном чертеже изображена функциональна схема преобразовател перемещени в код. Предлагаемый преобразователь перемещени в код содержит измерительный блок 1, объектив (на чертеже не показан), фотоприемник 2, расположенный за объективом и выполненный в виде дискретных фоточувствительных дорожек, представл ющих собой чередование чеек 3, чувствительных к световому потоку, и чеек 4, нечувствительных к световому потоку, с электродами 5, расположенными на границе дискретных фоточувствительных дорожек. Дл реализации п-разр дного кода необходимо 2п дорожек, причем дорожки одного разр да сдвинуты относительно друг друга таким образом, что чувствительные чейки 3 одной дорожки расположены против нечувствительных чеек 4 другой. Количество чеек младщего разр да зависит от требуемой точности преобразовани положени в код, а количество чеек старщих разр дов .зависит от вида выбранного кода. Фотоприемник 2 укреплен таким образом, что фоточувствительные дорожки перпендикул рны к определ емой границе светового пол . Посредством электродов 5 (в количестве 2п+1) и измерительного блока 1, содержащего нагрузочные резисторы 6 (в количестве п) и источники питани 7 и 8 (в количестве 2), осуществл етс попарно дифференциальное включение дискретных фоточувствительных дорожек, реализующих п разр дов кода. Измерительный блок 1 также содержит дифференцирующие цепочки 9 и 10, усилители 11 и 12, триггер 13. Преобразователь перемещени в код работает следующим образом. Изображение контролируемого объекта с помощью объектива проецируетс на плоскость пленочного фотоприемника 2 в виде границы светлой и темной областей. На нагрузочном резисторе 6, общем дл двух дискретных фоточувствительных дорожек, реализующих один разр д, токи с первой и второй дорожек вычитаютс . Если число освещенных чувствительнь1х к световому потоку чеек 3 одной дорожки равно числу освещенных чувствительных к световому потоку чеек 3 второй дорожки этого же разр да, то на общем нагрузочном резисторе б этого разр да ток будет отсутствовать. При смещении границы светового пол на щирину одной число освещенных чувствительных к световому потоку чеек 3 одной дорожки будет отличатьс от числа освещенных чувствительных к световому потоку чеек 3 другой дорожки, реализующей тот же разр д, на единицу. В результате на нагрузочном резисторе 6, общем дл двух дорожек, по витс сигнал. Смещение границы темной и светлой областей будет вызывать по вление на нагрузочном резисторе 6 периодической серии пр моугольных импульсов положительной пол рности . Эти импульсы поступают на дифференцирующие цепочки 9-и 10, а затем соответственно на усилители 11 и 12. Усилитель 11 усиливает положительные импульсы, поступивщие с дифференцирующей цепочки 9 в результате дифференцировани передних импульсов на нагрузочном резисторе 6. Усилитель 12 усиливает отрицательные импульсы, поступающие с дифференцирующей цепочки 10 в результате дифференцировани задних .фронтов импульсов на нагрузочном резисторе 6. Импульсы с усилителей И и 12 поступают соответственно на нулевой и единичный входы триггера 13, устанавлива его в состо ние «О или «1. Так как щирина чеек (щаг квантовани ) каждого разр да различны, то каждому линейному положению границы темной и светлой областей соответствует вполне определенна кодова комбинаци на выходе триггера 13.. Теоретически достижима точность преобразовани предлагаемого фотоэлектрического датчика положени определ етс числом чеек младщего разр да. Если количество чеек младщего разр да выбрать равным 10, что вполне реализуемо дл технологии фотолитографии на фоторезисторных планках CdS, CdSe, то точность датчика составит 0,1%. Таким образом, наличие в измерительнЬм блоке фотоэлектрического датчика положени , содержащего объектив и пленочный фотоприемник с электродами, св занными с измерительным блоком, дифференцирующих цепочек , усилителей, триггера и, выполнение фотоприемника в виде расположенных между токоведущими электродами дискретных фоточувствительных дорожек с чередующимис чувствительными и нечувствительными к световому потоку чейками со сдвигом дорожек одного разр да относительного друг друга таким образом, что чувствительные чейки одной дорожки расположены против нечувствительных чеек другой, позволило представить перемещение границы темнойThe gap of the present invention is to improve the accuracy of the conversion. The goal is achieved by the fact that in the transducer of movement into the code the photodetector is made in the form of discrete tracks arranged between the electrodes with alternating cells sensitive to the light flux, the tracks of one bit being shifted relative to each other so that the sensitive cells of the same track are opposite the insensitive cells another, and the measuring unit is made of parallel circuits, each of which consists of series-connected differential chains and preamplifier outputs coupled to the trigger. The following figure shows a functional diagram of a motion to code converter. The proposed displacement transducer to the code contains the measuring unit 1, a lens (not shown), a photodetector 2 located behind the lens and made in the form of discrete photosensitive tracks representing the alternation of the light-sensitive cells 3 and the cells 4 not sensitive to light flux, with electrodes 5, located on the border of discrete photosensitive tracks. To implement an n-bit code, 2n tracks are needed, with the tracks of one bit being shifted relative to each other in such a way that the sensitive cells 3 of one track are located opposite the insensitive cells 4 of the other. The number of low-order cells depends on the required accuracy of the position conversion to the code, and the number of high-order cells depends on the type of the selected code. The photodetector 2 is reinforced in such a way that the photosensitive tracks are perpendicular to the defined boundary of the light field. By means of electrodes 5 (2p + 1) and measuring unit 1, containing load resistors 6 (in number p) and power sources 7 and 8 (in number 2), discrete photosensitive tracks are implemented in pairs that realize n bits of code . The measuring unit 1 also contains differentiating chains 9 and 10, amplifiers 11 and 12, trigger 13. The displacement transducer to the code works as follows. The image of the object being monitored with the help of a lens is projected onto the plane of the film photodetector 2 in the form of the border of the light and dark regions. On the load resistor 6, common to two discrete photosensitive tracks that implement one bit, the currents from the first and second tracks are subtracted. If the number of lit cells sensitive to the light flux of cells 3 of one track is equal to the number of light cells sensitive to light flux of the second track of the same bit, then there will be no current on the common load resistor of this bit. When the boundary of the light field is shifted by one width, the number of illuminated light-flux-sensitive cells 3 of one track will differ from the number of light-sensitive light flux cells 3 of the other track implementing the same bit by one. As a result, a signal appears on the load resistor 6, common to two tracks. The displacement of the boundary between the dark and light regions will cause the appearance on the load resistor 6 of a periodic series of rectangular pulses of positive polarity. These pulses go to differentiating chains 9 and 10, and then to amplifiers 11 and 12, respectively. Amplifier 11 amplifies positive pulses from the differentiating chain 9 as a result of differentiating front pulses on the load resistor 6. Amplifier 12 amplifies negative pulses from differentiating chains 10 as a result of the differentiation of the back of the pulses on the load resistor 6. The pulses from the amplifiers And and 12, respectively, arrive at the zero and single inputs of the trigger 13, set infusing it into the state "ON or" 1. Since the width of the cells (quantization pitch) of each bit is different, each linear position of the dark and light areas corresponds to a well-defined code combination at the output of flip-flop 13. The conversion accuracy of the proposed photoelectric position sensor is theoretically achievable by the number of low-order cells. If the number of low-order cells is set to 10, which is quite feasible for photolithography technology on CdS, CdSe photoresistor strips, then the sensor accuracy will be 0.1%. Thus, the presence in the measuring unit of a photoelectric position sensor, containing a lens and a film photodetector with electrodes connected to the measuring unit, differentiating chains, amplifiers, a trigger and, performing the photodetector in the form of discrete photosensitive tracks alternating with sensitive and insensitive electrodes the light flux cells with a shift of tracks of one bit relative to each other in such a way that the sensitive cells of one the tracks are located against the insensitive cells of the other, allowed to imagine the movement of the border of the dark

и светлой областей в цифровой форме и повысить точность преобразовани до 0,1%.and bright areas in digital form and increase the conversion accuracy to 0.1%.

Claims

1. USSR Author's Certificate No. 430420, cl. G 08 C 9/06, 02.02.73.

2. USSR author's certificate N 387412, cl. G-08 C 9/06, 05.03.70.

3. Journal of Semiconductor Technology and Microelectronics, No. 8, 1972, p. 93, fig. 46.