Двокоординатний лазерний перетворювач переміщення в код

Двухкоординатный лазерный преобра зователь перемещения в код, содержащий излучатель, оптически связанный с четырехквадрантным фотодетектором, первый и вто рой интеграторы, выходы которых соединены с информационными входами, соответственно, первого и второго устройст ва выборки-хранения, выходы которых сое динены с информационными входами, соответственно, первого и второго преобра зователей напряжение-интервал времени, выходы которых соединены, соот-, ветственно, с первым и вторым входами бло ка вычисления к одов, выходы которого являются выходами преобразователя, и с уп равляющими входами, соответственно, пер вого и второго ключей, информационные входы которых объединены, а выходы соеди нены с первыми входами, соответственно, первого и второго ингредиентов, управляю щие входы устройства выборки-хранения, входы запуска преобразователей напряжение-интервал времени и третий вход блока вычисления кодов объединены, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в него введены четыре преобразователя ток-напряжение, четыре детектора, формирователь импульсов, счетчик и модулятор, расположенный между излучателем и четырехквадрантным фотодетектором, выходы первого и второго квадрантов которого соединены с входами, соответственно, первого и второго преобразователей ток-напряжение, выход третьего квадранта четырехквадрантного фотодетектора соединен с шиной общего потенциала, ON 43 О 6697 Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительн ой те хники и мо жет быть использовано, в частности, в сварочном производстве при оперативном контроле 5 сварочных перемещений и деформации издепий в процессе сварки. Известно устройство для измерения двух координат контролируемой точки объ екта относительно реперной оси, которая 10 задается лучом лазера [1]. Это устройство содержит четырехквадрантный фотодетек тор и блок аналоговой обработки сигналов. Четырехквадрэнтный фотодетектор состоит из разделительной призмы и установлен- 15 ных за ней четырех фотодиодов. Луч лазера, задающий реперную ось, разделяется приз мой на четыре световых потока, пада'ющие на соответствующие фотодиоды. Ориента ция разделительной призмы задается пря- 20 моугольной системой координат. В блоке аналоговой обработки сигналов осуществ ляется выделение информационных сигна лов к оординат и с уммарного с игнала от фотодиодов четырех квадрантов. 25 Недостатком этого устройства является сложность конструкции блока аналоговой обработки сигналов и низкая точность измерения перемещений. Наиболее близким по технической сущ- 30 ности к заявляемому является устройство [2], содержащее излучатель, в качестве которого используется лазер, четырехквадрантный фотодетектор и аналоговый итерационный преобразователь, состоя- 35 щий из сумматора, двух интеграторов, двух схем выборки - хранения, двух преобразователей напряжение - интервал времени, охваченных обратной связью через два ключа, а также блок вычисления кодов, пропор- 40 циональных координатам контролируемой точки объекта относительно опорного луча излучателя. Цикл преобразования задается генератором. Недостатками этого устройства являют- 45 ся малая величина отношения сигнал-шум на выходах чувствительных элементов четырехквадрантного фотодетектора из-за отсутствия режима короткого замыкания, большая погрешность суммирования сигна- 50 лов фотодиода аналоговым сумматором, сильное влияние фоновой засветки и температурных дрейфов темновых токов фотодетектора, сложность в настройке, что не обеспечивает достаточную точность устрой- 55 ства. Задачей изобретения является повышение точности устройства. Решение поставленной задачи осуществляется двухкоординзтным преобразовате лем перемещения в код, содержащим излучатель, оптически связанный с четырехквздрантным фотодетектором, первый и второй интеграторы, выходы которых соединены с информационными входами, соответственно, первого и второго устройства выборкихранения, выходы* которых соединены с информационными входами, соответственно., первого и.второго преобразователей напряжение-интервал времени, выходы которых соединены, соответственно, с первым и вторым входами блока вычисления кодов, выходы которого являются выходами преобразователя, и с управляющими входами, соответственно, первого и второго ключей, информационные входы которых объединены, а выходы соединены с первыми входами, соответственно, первого и второго интеграторов, управляющие входы устройства выборки-хранения, входы запуска преобразователей напряжение-интервал времени и третий вход блока вычисления кодов объединены, согласно изобретению, введены четыре преоб разователя ток-напряжение, четыре детектора, формирователь импульсов, счетчик и модулятор, расположенный между излучателем и четырехквадрантным фотодетектором, выходы первого и второго квадрантов которого соединены со входами, соответственно, первого и второго преобразователей ток-напряжение, выход третьего квадранта четырехквадрантного фотодетектора соединен с шиной общего потенциала, общая точка соединения всех квадрантов четырехквадрантного фотодетектора соединена со входом треіьего преобразователя ток-напряжение, а выход четвертого квадранта четырехквадрантного фотодетектора соединен со входом четвертого преобразователя ток-напряжение, выходы преобразователей ток-напряжение соединены со входами соответствующих детекторов, выход первого детектора соединен со вторыми входами первого и второго интеграторов, выходы второго и четвертого детекторов соединены с третьими входами, соответственно, первого и второго интеграторов, выход третьего детектора соединен с информационным входом первого ключа, выход третьего преоб разователя ток-напряжение соединен со входом формирователя импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика, выход которого соединен с третьим входом блока вычисления кодов, а установочные входы счетчика являются управляющими входами преобразователя. На чертеже представлена функциональная схема двухкоординатного лазерного преобразователя перемещения в код. 6697 Двухкоординатный преобразователь перемещения в код содержит излучатель 1, четырехквадрантный фотодетектор 2, первый и второй интеграторы 3 и 4, первое и второе устройство 5 и б выборки-хранения, 5 первый и второй преобразователь 7 и 8 напряжениеинтервал времени, первый и второй ключи 9 и 10, блок 11 вычисления кодов, первый, второй, третий и четвертый преобразователи 12, 13, 14, 15 ток-напряжение, 10 первый, второй, третий и четвертый детекторы 16, 17,18 и 19, формирователь импульса 20. счетчик 21 и модулятор 22. Излучатель 1 устанавливается на неподвижной базовой оснастке и используется 15 для задания реперной оси. Четырехквадрантный фотодетектор 2 оптически связан с излучателем 1 и устанавливается в контролируемой точке объекта. Выходы интеграторов 3 и 4 соединены с информационными 20 входами устройств выборки-хранения 5 и 6, соответственно. Выходы устройств выборкихранения 5 и 6 соединены с информационными входами, соответственно, первого и второго преобразователей напряжение-ин- 25 тервал времени 7 и 8, выходы последних соединены с управляющими входами ключей 9 и 10 и первым и вторым входами блока вычисления кодов 11, соответственно. При этом выход ключей 9 и 10 соединен с пер- 30 вым входом интеграторов 3 и 4. Управляющие входы устройств выборки-хранения 5 и 6, входы запуска преобразователей напря- жениеинтервал времени 7 и 8 и третий вход блока 11 вычисления кодов объедине- 35 ны. Выходы Nx и Ny блока 11 вычисления кодов являются выходами устройства. Выходы преобразователей 12-15 ток-напряжение подключены ко входам детекторов 16-19, соответственно. При этом входы пер- 40 вого и второго квадрантов четырехквадран-тного фотодетектора 2 соединены с о входами первого и второго преобразователей токнапряжение 12 и 13, соответственно. Выход третьего квадранта 45 фотодетектора 2 соединен с шиной общего потенциала, а общая точка соединения всех квадрантов соединена со входом третьего преобразователя ток-напряжение 14. Выход четвертого квадранта фотодетектора 2 50 соединен со входом четвертого преобразователя ток-напряжение 15. При этом выход первого детектора 16 соединен со вторыми входами интеграторов 55 3 и 4. Выходы второго и четвертого детекторов 17 и 19, соответственно, подключены к третьим входам интеграторов 3 и 4, а выход третьего детектора 18 - к общему входу ключей 9 и 10. Выход формирователя импульсов 20 подключен к счетному входу счетчика 21, выход которого соединен с третьим входом блока 11. Установочные входы счегчика 21 являются управляющими входами преобразователя. Модулятор 22 расположен на пути светового потока от излучателя 1 к фотодетектору 2. Заявляемое устройство работает следу ющим образом. ' С помощью модулятора 22 световой лоток излучателя 1, попадающий на четырехквадрантный фотодетектор 2, модулируется с частотой fM. Преобразователи 12-15 под>J ключаются к соответствующим выходам фотодетектора 2 в соответствии с взаимным расположением квадрантов и их ориентацией относительно координатных осей X и Y, При прохождении координатных осей X и У через центр фотодетектора 2 первому квадранту соответствует положительное направление оси X и У, а остальные нумеруются последовательно против часовой стрелки, начиная с квадранта 1. Напряжения на выходах преобразователей токнапряжение 12-15 повторяют закон изменения светового потока. При этом фаза напряжения на выходе преобразователя ток-напряжение 14 сдвинута на половину периода по сравнению с фазой напряжения на выходах'преоб-разователей ток-напряжение 12, 13 и 15. Амплитуды напряжений на выходах этих преобразователей прямо пропорциональны световому потоку, попадающему на соответствующий элемент четырехквадрантного фотодетектора 2, а амплитуда напряжения на выходе преобразователя 14 прямо про-порцинальна суммарному световому потоку, попадающему на все четыре квадранта фотодетектора 2 (это происходит вследствие подключения входа преобразователя 14 к общей точке четырехквадрантного детектора 2). Знак напряжения на выходе детектора 18 противоположен знаку напряжения на выходах детекторов 16, 17 и 19. Координаты центра светового потока относительно центра четырехквадрантного фотодетектора 2 определяется следующими выражениями: kU, к 2( -к Ui Ui + U4- U2 V U1 +U2 + U3 U + 4 Ui -f U2 - U3 и, u4 Ui + U2 + U 4 U3+ m (1) (2) 6697 где К - коэффициент передачи преобразователя, U 2 - U1 + U2 + из + U4, Ui, U2. из, U4 - напряжения на выходах соответствующих детекторов. Обозначая Ux ' - Ui + Lto; Uy' - Ui + U2, получим следующие выражения: 2 ( U x ' U2) . К (3) 10 В преобразователе можно выделить два идентичных канала преобразования: канал преобразования координаты X (интегратор 4, устройства 6, преобразователь 8 и ключ 15 10) и канал преобразования координат Y (интегратор 3, устройство 5, преобразователь 7 и ключ 9), являющихся итерационными преобразователями отношения напряжений в интервал времени. В устано- 20 вившемся режиме интервалы времени Тх и Ту' определяются выражениями: Тх - -rrV ТЦ; ТУ - - TT V Тц (4) При этом интервал времени Тц формируется при помощи формирователя 20 и счетчика 21 и определяется выражением 25 Т ц - -р, (5) где N - значение кода, задаваемого на входе 30 преобразователя в зависимости от необходимого интервала усреднения. Подставив выражение (4) в выражение (3) можно получить при этом Тх - ^ . х = 2 Тх - Ту ;.Ту = 2 Ту - Тц (7) Таким образом, заявляемый преобразователь обеспечивает более высокую точность преобразований, обусловленную рядом причин: - обеспечением режима короткого за мыкания для квадрантного фотодетектора 2 путем подключения всех его выходов ко вхо дам преобразователей ток-напряжение, на ходящихся под потенциалом общей точки преобразователя, что позволяет получить низкий уровень шумов на выходах фотоде тектора 2: - отсутствием в схеме сумматора, точ ность коэффициента преобразования кото рого задается резисторами; - устранением влияния фоновой засвет ки, температурных дрейфов фототоков четырехквадрантного фотодетечтора и аддитивных погрешностей на входе устрой ства путем введения модуляции светового потока и обеспечения работы устройства на переменном токе. Кроме того, важным преимуществом двухкоординатного преобразователя перемещения в код является простота его настройки, обусловленная отсутствием сумматора и меньшим количеством лодстроечных резисторов. 7*\ 1 '•і *. Упорядник В.Борисенко Замовлення 640 Техред М.Моргентал Коректор Н. Король Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Виробничо-видавничий комбінат "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101