Фотоэлектрический датчик линейных перемещений

Фотоэлектрический датчик линейных перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического прецизионного измерения линейных перемещений . Цель изобретения - повышение точности измерения за счет устранения погрешности, обусловленной нестабильностью угла взаимного разворота решеток. В датчик введена система автоматического регулирования угла относительно разворота подвижной решетки , имеющая две цепи, содержащих каждая блок 6 возведения в квадрат, полосовой фильтр 7 и фазочувствительный детектор 8, которые вместе с сумматором 10 и с помощью генератора 9 вычисляют величину относительного разворота растровых решеток. Через усилитель 11 постоянного тока сигнал, пропорциональный углу разворота, подается на Привод 12, который компенсирует ошибку в угле разворота решеток . 2 нл. с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (19) (И) (5)) y G 01 В 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4108947/24-28 (22) 15.08.86 (46) 23.01.88. Бюл. )(. 3 (72) P.М. Хусунтдинов, И.E. Гаврилов и В.А. Баранов (53) 531.7(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

)(1035418, кл. G 01 В 21/00, 1982. ,! (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического прецизионного измерения линейных перемещений. Цель изобретения — повьппение точности измерения за счет устранения погрешности, обусловленной неста- бильностью угла взаимного разворота решеток. В датчик введена система автоматического регулирования угла относительно разворота подвижной ре" шетки, имеющая две цепи, содержащих каждая блок 6 возведения в квадрат, полосовой фильтр 7 и фазочувствительный детектор 8, которые вместе с сумматором 10 и с помощью генератора 9 вычисляют величину относительного разворота растровых решеток. Через усилитель 11 постоянного тока сигнал, пропорциональный углу разворота, подается на привод 12, который компенсирует ошибку в угле разворота реше- д

Ж ток. 2 ил.

А = А„(1-k< ), где k . — коэффициент, зависящий от периода штрихов и размера решеток;

А0 — максимальное значение амплитуды, соответствующее

25 решеткам с параллельными штрихами.

С учетом этого квадратурные сигналы на выходе фотоприемного блока 4 имеют следующую зависимость от врезо

Относительный разворот решеток обусловлен вынужденным колебанием подвижной решетки по сигналу генератора

9 sin(Qt) и поворотом Р, обусловлен40 ным неточным изготовлением направляющих, в которых перемещается решетка. (К, — амплитудное значение углового колебания рещетки).

С учетом этого имеем

U, (t) = А (1-1с/3 -2kP

1 13686

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического прецизионного измерения линейных перемеще5 ний.

Цель изобретения — повышение точности измерения — достигается за счет устранения погрешности, обусловленной нестабильностью угла взаимного раз1 ворота решеток.

На фиг. 1 представлена блок-схема фотоэлектрического датчика линейных перемещений; на фиг. 2 — вариант выполнения привода. 1Г

Датчик содержит источник 1 излучения, установленные по ходу излучения неподвижную растровую решетку 2, кинематически связанную с измеряемым объектом подвижную растровую решетку

3, фотоприемный блок 4, блок 5 измерения линейного перемещения, две идентичные цепи, каждая из которых состоит из последовательно включенных блоков 6 возведения в квадрат, поло- совых фильтров 7, фаэочувствительных детекторов 8, а также генератор 9 синусоидального напряжения, сумматор

10 постоянного тока, усилитель 11 и привод 12, кинематически связанный с подвижной решеткой 3.

Привод 12 выполнен в виде четырех пьезоэлементов 13-16 и оправы 17.

Датчик работает следующим образом.

При перемещении подвижной растровой решетки 3, связанной с объектом (не показан), перемещение которого измеряется относительно неподвижной растровой решетки 2, на фотоприемный блок 4 поступает промодулированный растровым сопряжением световой поток от источника 1 излучения. На выходе фотоприемного блока формируются два гармонических сигнала с фазовым сдвигом один относительно другого на Т/2 (квадратурные сигналы) — sin(2ii1/d) и сов(271/d). Эти сигналы подаются в блок 5 измерения линейного перемещения, где определяется величина измеряемого перемещения 1, например, методом счета муаровых полос и интерполирования квадратурных сигналов для определения долей шага растров.

При включении датчика также включается генератор 9 синусоидального напряжения, в результате чего к приводу 12 через сумматор 10 и усилитель

11 подается переменное напряжение с частотой а, намного большей, чем

31 2 частота квадратурных сигналов фотоприемного блока й, возникающих за счет линейного перемещения подвижной решетки 3. Привод приводит подвижную решетку в угловое колебание относительно оси, перпендикулярной плоскости штрихов и расположенной в центре подвижной решетки. Относительный разворот решеток М по укаэанной оси вызывает изменение амплитуды квадратурных сигналов вследствие изменения фазы сигналов от каждого элементарного участка вдоль штриха. Эту зависимость амплитуды А можно представить следующим образом:

U„(t) = А (1-k ) sin(gt);

U,(t) = A (1-koC ) cos(gt).

После возведения этого сигнала в квадрат с помощью блока 6 на выходе полосового фильтра 7, настроенного на частоту генератора Я, имеем (при -й).

U «р (t) = -А0(41со о Р (1-kP) 3k êî p ( sin(et) sin (At) .

На выходе второго фильтра имеем

1368631

U, p(t) = -A.I4Ì,Р (1-kP ) — 3k « j»

> sin(at) cos (2t) .

Эти сигналы подаются на входы фазочувствительных детекторов 8, на вторые входы которых в качестве опорного подается напряжение от генератора 9. Сигналы на выходе детекторов 8 имеет следующий вид:

U, j3ka +4k(4)А,)соi,p sin (At); ц, (ЗЬ, +4k) -4) А,1сы, Р cos (At) .

Эти сигналы подаются на вход сумматора, куда также подается сигнал с генератора. На выходе сумматора имеем

Ug Ao(3k o +4k/ -4)kgop +U sin(at) .

Здесь первая составляющая представляет собой сигнал компенсации, пропорциональный исходному повороту решеток P . .По этому сигналу с сумматора привод поворачивает подвижную решетку, отрабатывая угловое рассогласование (3 . В результате на выходе фотоприемного блока имеем

U, (t) = А, (1-1сес, sin (at)Q sin(At);

U (С) = А(, j1-1сеГ,О sin (vt)) cos (s2t)

Как видно из этих выражений, вынужДенное колебание подвижной решеФки с амплитудой и частотой со приводит к изменению квадратурных сигналов. Влияние этого изменения на точ-: ность измерения линейных перемещений блоком 5 зависит от принципа построения блока 5. Это влияние можно уменьшить, уменьшая величину амплитуды ы,, или поместив на входе блока . измерения линейного перемещения фильтр нижних частот, который не пропустит составляющие

koL, sin (цс) sin(At) и

kgb, sin (at) cos(gt).

Привод может быть выполнен в виде

5 четырех пьезоэлементов 13- 16 (фиг.2)

У одновременно выполняющих функцию подвеса подвижной решетки 3 в оправе 17, связанной с измеряемым объектом, для чего данные пьезоэлементы закрепляются одной стороной к решетке, а другой — к оправе. Поворот решетки относительно оправы по оси, перпендикулярной плоскости штрихов, происходит посредством сокращения одного 13 и удлинения другого 16 пьезоэлементов, расположенных соосно по двум сторонам решетки. Для этого к их обкладкам подводятся напряжения разной полярности. Перемещение второй пары соосных пьезоэлементов происходит в обратной последовательности, причем все четыре пьезоэлемента размещаются симметрично относительно геометрического центра решетки.

Формула изобретения

Фотоэлектрический датчик линейных перемещений, содержащий источник излучения, подвижную и неподвижную растровые решетки, фотоприемный блок и блок измерения линейных перемещений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен двумя цепями, каждая из

35 которых содержит последовательно подключенные блок возведения в квадрат, полосовой фильтр и фазочувствительный детектор, а также генератором синусо40 идального напряжения усилителем посЭ тоянного тока, приводом и сумматором, к входам которого подключены выходы генератора и фазочувствительных детекторов, а выход через усилитель по45 стоянного тока подключен к приводу

Ф кинематически связанному с подвижной решеткой, входы блоков возведения в квадрат соединены с соответствующими выходами фотоприемного блока,а вторые

50 входы фазочувствительных детекторов подключены к выходу генератора синусоидального напряжения.

1368631 фиг.2

Составитель В. Чулков

Техред Л.Олийнык

Корректор О. Кравцова

Редактор А. Шандор

Заказ 273/38 Тираж 680

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4