Фотоелектричний датчик кругових переміщень

Фотоелектричний датчик кругови х переміщень, що вміщує основу з установленим на ній 36636 прозорі ділянки кодової маски і щілинної діафрагми, яка знаходиться з іншого боку диска, та надходить на фотоприймачі. Посилені дискриміновані сигнали на виході фотоприймачів приймаються за двоїчні одиниці, а відсутність сигналів на виході інших фотоприймачів відповідає двоїчним нулям. Таким чином, кожному куту переміщення властива своя особиста комбінація електричних сигналів, яка і є цифровим виразом даного кута. Однак спроможність кодуючих перетворювачів визначається розміром кроку доріжки молодшого розряду, а підвищення спроможності перетворювачів веде до значного збільшення габаритних розмірів і ускладнення конструкції перетворювача. Недоліком пристрою-прототипу є недостатня точність відліку кутів повороту при прийнятних габаритах. В основу винаходу поставлена задача створити такий фотоелектричний датчик кругових переміщень, у якому за рахунок введення до його конструкції додаткових інтерферометра Цендера-Маха та зовнішньої доріжки на кодуючому диску забезпечувалось би підвищення точності відліку кутів повороту без значних збільшень габаритів пристрою. Технічний результат, що може бути отриманий при здійсненні винаходу, полягає в підвищенні точності відліку кутів повороту без збільшення числа кодових доріжок і, таким чином, габаритів кодуючого диска. Задача, що поставлена, вирішується за рахунок того, що в пристрій, який містить кодуючий диск, джерело світла і лінійку розміщених уздовж радіуса фоточутливих елементів, додатково введені наступні елементи: інтерферометр ЦендераМа ха та ще одна зовнішня доріжка на кодуючому диску. Зокрема, кількість сегментів на додатковій зовнішній доріжці дорівнює кількості сегментів на найточнішій з інших доріжок, а клини встановлені таким чином, що в кожному сегменті додаткової зовнішньої доріжки розміщується прозорий клинок. Кількість таких клинів визначається числом сегментів на додатковій зовнішній доріжці кодуючого диска. Причому в кожному з моментів часу в одному із плечей інтерферометра знаходиться один з клинів додаткової доріжки кодуючого диска. Структурна схема запропонованого пристрою приведена на фіг. 1. На фіг. 2 наведена оптична схема інтерферометра Цендера-Маха. Запропонований пристрій містить кодуючий диск 1, що жорстко зв'язаний з валом, кут повороту якого потрібно виміряти, джерело світла і фотоприймачі 2, прозорі клини 3 та інтерферометр Цендера-Маха 4. Робота даного пристрою полягає в наступному. При повороті вала, кутове переміщення котрого необхідно виміряти, повертається і кодуючий диск. Промінь світла, проходячи крізь прозорі сегменти кодових доріжок диска, освітлює фотоприймачи, посилені і дискриміновані сигнали з яких приймаються як двоїчні одиниці. Відсутність сигналів з інших фотоприймачів відповідає двоїчним нулям. Таким чином формується цифровий двоїчний код, який дозволяє виміряти кут повороту вала з точністю до половини ширини сектора диска. Подальше уточнення інформації робиться інтерферометричним методом. Це дозволяє додатково виміряти різницю між кутом повороту вала і кутовим положенням бісектриси робочого сектора. В основу цього методу покладено спосіб одержання інтерферометричної картами за допомогою інтерферометра Цендера-Маха. Оптична схема інтерферометра вміщує джерело випромінювання (ДВ), два світлоподільника S1 та S2 і два дзеркала М1 та М2 . При падінні випромінювання на світоподільники S1 та S 2, щільність потоку енергії розподіляється на дві рівні частини. Тоді вираз для інтенсивності випромінювання на екрані має вид: I = 2I1{ + cos[kh (n - 1)]} , 1 де: І - інтенсивність хвиль, що інтерферирують; 2p k= - хвильове число; l n - показник переломлення; h - геометричний шлях променя у клину. При повороті кодуючого диска змінюється положення клина в плечі інтерферометра, а відповідно змінюється і довжина геометричного шляху в клину. Це, у свою чергу, призводить до зміни інтенсивності випромінювання на виході інтерферометра у наступній залежності: I = 2I1{ + cos[k(n - 1)(h 0 - R sin(j - j 0 )tga )]} , 1 де: h0 - висота клина на бісектрисі робочого сектора кодуючого диска; R - радіус додаткової доріжки кодуючого диска; (j–j0) - різниця між кутом повороту вала і кутом до бісектриси робочого сектора кодуючого диска; a - кут нахилу клина. Після розкладення функції: cos[k (n - 1)(h 0 - R sin(j - j0 )tga )] , lö æ у ряд Тейлора навколо точки kç ml + ÷ і з огляду ç ÷ 4ø è на малість кута неузгодженості (j-j0) одержуємо: I = 2I1{ + k [h 0 - R (j - j0 )(n - 1)tga ]}. 1 Таким чином, у невеликих межах інтенсивність випромінювання на виході інтерферометра лінійно залежить від кута повороту вала. Запропонований фотоелектричний датчик кругових переміщень, порівняно з відомим пристроємпрототипом, забезпечує зменшення габаритів при підвищенні точності виміру кутів повороту. Джерела інформації 1. Вульвет Дж. Датчики в цифровых системах. - М.: Энергоиздат, 1981. - С. 34 и т.д. 2. Фотоэлектрические преобразователи информации / Под ред. Л.Н. Преснухина. - М.: Машиностроение, 1974. - С. 135 и т.д. 3. Фотоэлектрические преобразователи информации / Под ред. Л.Н. Преснухина. - М.: Машиностроение, 1974. - С. 60 и т.д. 2 36636 Фіг. 1 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3