Оптоэлектронный функциональный преобразователь

Оптоэлектронный функциональный преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изо0ретение откосится к области приборостроения и позволяет повысить точность преобразования. Преобразователь содержит светонепроницаемый корпус, в котором размещены направленный источник света, узел формирования светового зонда и координатночувствительный фотопотенциометр дуговой конструкции. Узел формирования светового зонда выполнен в виде симметрично закрепленного на входной оси непрозрачного тела вращения, зазор между внешней поверхностью которого и внутренней поверхностью корпуса имеет в продольном сечении форму светового лабиринта. В теле вращения выполнен наклонный цилиндрический канал с отражающей поверхностью, оптически соединяющий направленный источник света с фоточувствительным слоем, фотопотенциометра. При этом ось симметрии диаграммы направленности источника света совпадает с осью тела вращения и проходит через центр симметрии ближайшего к направленному источнику света основания цшшндри- : ческого кнала. Расстояние h от излучающей поверхности направленного источника света до точки пересечения оси цилиндрического канала с осью тела вращения удовлетворяет соотношению. cosX2flt-f) a.h.-|ctg|-b. где а - расстояние от излучающей поверхности направленного источника света до внешней поверхности его корпуса в направлении излучения , b протяженность светового зонда в радиальном направлении 2 - по луширина диаграммы направленности источника света; А- угол между осью цилиндрического канала и фоточувствительной поверхностью фотопотенциометра . П отличается повышенной надежностью и устойчивостью к механическим - перегрузкам и может быть использован при создании промышленных роботов и автоматических манипуляторов, в ийформационно-измерительных и вычислительных комплексах в качестве дат- ; чика углового положения, функционального преобразователя, бесконтактного . переменного резистора. 3 ил. i (Л с 4: 00 CD 9d DO

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (я) 4 G 06 G 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с1 с0 „«Ь «8-(2 () 2 sin J е

С:

:Ь

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (21) 4210168/24-24 (22) 12.03,87 (46) 23.11.88. Бюл. У 43 (71) Институт полупроводников АН УССР (72) Н.Д.Колдашов, А.Н.Марченко, В,В.Орлов, В.П.Плахотный, М.Я.Рахлин, А.К.Смовж и В.П.Степанчук (53) 681.335 (088.8) (56) Щепина H.Ñ. Основы светотехники.

М.: Энергоатомиздат, 1985, с.190-192.

Патент Франции Ф 2386111, кл, Н 01 С 10/14, опублик. 1978. (54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к области ,приборостроения и позволяет повысить точность преобразования. Преобразователь содержит светонепроницаемый корпус, в котором размещены направленный источник света, узел формирования светового зонда и координатночувствительный фотопотенциометр дуговой конструкции. Узел формирования светового зонда выполнен в виде симметрично закрепленного на входной оси непрозрачного тела вращения, зазор между внешней поверхностью которого и внутренней поверхностью корпуса имеет в продольном сечении форму светового лабиринта. В теле вращения выполнен наклонный цилиндрический канал с отражающей поверхностью, оптически соединяющий направленный источник света с фоточувствительным слоем фотопотенциометра. При этом ось симметрии диаграммы направленности источника света совпадает с осью тела вращения и проходит через центр симметрии ближайшего к направленному источнику света основания цилиндрческого кнала. Расстояние h от излучающей поверхности направленного источника света до точки пересечения оси цилиндрического канала с осью тела вращения удовлетворяет соотношений. где а — расстояние от излучающей поверхности направленного источника света до внешней поверхности его корпуса в направлении максимума излучения Ь вЂ” протяженность светового зон-, да в радиальном направлении, 2p — по- Я луширина диаграммы направленности ис- точника света, А- угол между осью цилиндрического канала и фоточувствительной поверхностью фотопотенциометра. П отличается повышенной надежностью и устойчивостью к механическим: перегрузкам и может быть использован при создании промышленных роботов и автоматических манипуляторов, в ин- формационно-измерительных и вычислительных комплексах в качестве датчика углового положения, функционального преобразователя, бесконтактного . переменного резистора. 3 ил.

1439633

Изобретение относится к области оптоэлектронного приборостроения и может быть использовано в робототехнике„ информационно-измерительной и вычислительной технике в качестве функционального преобразования, датчика угловых перемещений, бесконтактного переменного резистора.

11елью изобретения является повышение точности преобразователя за счет увеличения коэффициента использования светового потока направленного источника света.

На фиг.1 представлена конструктив- 15 ная схема оптоэлектронного функционального преобразователя (ОЭФП); на фиг.2 — схема координатно-чувствительного кругового фотопотенциоментра, на фиг.3 — - часть схемы оптоэлектронного преобразователя.

ОЭФП содержит координатно-чувствительный круговой фотопотенциометр

1, направленный источник 2 света, узел формирования светового зонда, 25 выполненный в виде непрозрачного тела 3 вращения, световой лабиринт, выполненный в виде двух сопряженных гребенок 4,-4, цилиндрический канал

5, входную ось преобразователя 6, 30 причем фотопотенциометр 1 (фиг.2) содержит размещенные на диэлектрической подложке 7 резистивный слой 8, фоточувствительный слой 9, омический коллектор 10, а края резистивного слоя 8 снабжены омическими электро дами 11, при этом вся конструкция преобразователя помещена в светонепроницаемый корпус 12; световой зонд

13 и резистор нагрузки 14, с которо- 4 го снимается выходное напряжение.

На фиг.3 схематически изображен предельный случай, из которого определено MGKcHMGJIbHQ допустжюе значение h, „ расстояния h, и представ- лены необходимые для этого геометрические построения. Направленный источник 2 света принят точечным, поскольку расстоянме h по крайней мере в пять раз превышает геометрические размеры излучающей поверхности применяемых в ОЭФП направленных источников света, что достаточно для применения данного приближения с . удовлетворительной точностью. Пространственное положение излучающей поверхности направленного источника

2 света условно обозначено точкой

A. Далее бозначены: СК вЂ” большая ось верхнего основания наклонного цилиндрического канала 5;  — центр верхнего основания цилиндрического канала 5; AD — световой луч, образующий с отрезком АВ угол угол между осью BR цилиндрического канала 5 и поверхностью фоточувствительного слоя 9 координатно-чувствительного фотоприемника, DP — нормаль к поверхности СЕ наклонного цилиндрического канала 5 в точке D падения светового луча AD на поверхность СЕ;

КŠ— нормаль к поверхности СЕ, опущенная из точки К. Величина h„,„ âûбиралась из предельного случая, когда световой луч AD после отражения в точке D попадает в точку К, т.е. пока еще отсутствует возврат лучей, находящихся в пределах угла излучения

2р направленного источника 2 света, из цилиндрического канала 5.

Устройство работает следующим образом.

Излучаемый направленным источником

2 света световой пучок входит в цилиндрический канал 5, выходной торец которого находится напротив фоточув ствительного слоя 9 координатно-чувствительного фотопотенциометра 1.

Прошедшая через цилиндрический канал

5 часть светового потока формирует на фоточувствительном слое 9 подвижный световой зонд 13, угловое положение которого преобразуется им в выходное напряжение, зависящее от угла поворота входной оси 6 по заданному функциональному закону. Фотопотенциометр 1 (фиг.2) с непрофилированным резистивным слоем 8 реализует линейную функцию преобразования. При этом световой зонд 13, выполняющий совместно с омическим коллектором 10 функцию движка электромеханического потенциометра, создает на ограниченном участке фоточувствительного слоя

9 избыточную над темновой проводимость, вследствие чего осуществляется локальная передача потенциала с резистивного слоя 8 на омический коллектор 10. Поскольку электрический потенциал на непрофилированном резистинном слое 8 распределен по линейному закону (при условии, что удельное поверхностное сопротивление темновых участков фоточувствительного слоя 9 намного выше удельного поверхностного сопротивления резистивного слоя 8), то в данном случае выходное напряжеДля защиты темновых областей фоточувствительного слоя 9 от фоновой засветки используется многократное отражение света в световом лабиринте

4 с поглощающими стенками, образованном между внутренней поверхностью светонепроницаемого корпуса 12 и внешней поверхностью тела 3 вращения.

Данная защита наиболее эффективна при выполнении указанного соотношенйя, поскольку снижение потерь свето-. вого потока направленного источника

2 света обеспечивает одновременно с понижением переходного сопротивления фотопотенциометра 1 также и снижение мощности одного из источников фоновой засветки.

Формула изобретения

Оптоэлектронный функциональный преобразователь, содержащий расположенные на общей оси в светонепроницаемом корпусе направленный источник света и координатно-чувствительный круговой фотопотенциометр, между коз,14396 ние зависит от угла поворота входной оси 6 по линейному закону. Реализация нелинейных функций преобразования обычно осуществляется путем профили5 рования резистивного слоя 8.

Существенное значение для обеспечения требуемой точности функционального преобразования имеет повышение коэффициента использования светового потока источника света, поскольку влияние переходного сопротивления фоточувствительного слоя 9 на точность функционального преобразования при значительных уровнях токового отбора не удается скорректировать добавочным профилированием резистивного слоя 8. Поэтому основным критерием оптимизации данного устройства является минимизация потерь светового потока направленного источника 2 света. Для этого проведена отсутствующая в других конструкциях преобразователей комплексная оптимизация компонентов устройства, предусматриваю- 25 щая конкретную взаимосвязь между их параметрами : между геометрией координатно-чувствительного фотопотенцио метра, диаметром и углом наклона цилиндрического канала 5, высотой расположения направленного источника 2 света и диаграммой направленности излучаемого им светового потока. Математическим выражением этой взаимосвязи является указанное соотношение, ограничивающее минимальную h„» и

35 максимальную h „высоту расположения излучающей поверхности направленного источника 2 света над входным торцом цилиндрического канала 5. При заданных этим соотношением ограничениях излучаемый направленным источником 2 света световой пучок с угловой апертурой 2р, на который приходится практически вся излучаемая мощ45 ность, не только полностью входит в наклонный цилиндрический канал 5, но при этом выполняется также условие отсутствия возврата части находившихся в данном пучке световых лучей наI 50 зад после отражения от боковой поверхности цилиндрического канала 5.

Необходимым условием обеспечения прецизионности ОЭФП является постоянство переходного сопротивления освещенного участка фоточувствительного слоя 9 при изменении углового положения светового зонда 13. Поэтому ось симметрии диаграммы направленнос33 4 ти источника 2 света должна совпадать с осью тела 3 вращения и проходить через центр ближайшего к направлен- ному источнику 2 света основания цилиндрического канала 5, что обеспечивает постоянный уровень светового потока на выходе из цилиндрического канала 5 при повороте тела 3 вращения. Чтобы не возникали радиальные перемещения светового зонда 13 относительно фоточувствительной области

9, необходимо разместить диэлектрическую подложку 7 ортогонально входной оси 6, а кольцеобразный: фоточувствительный слой 9 выполнить концентрично входной оси 6. При этом ось наклонного цилиндрического канала 5 должна пересекать поверхность фоточувствительного слоя 9 по ее среднему радиусу. Величина b протяженности светового зонда в радиальном направлении выбирается таким образом, чтобы она в 1,2-1,5 раза превышала ширину фоточувствительного слоя 9. При этом световой поток используется наиболее рационально, поскольку уменьшение величины b приводит к повышению переходного сопротивления из-за увеличения неравномерности ширины светового зонда, а черезмерное увеличение параметра Ь вЂ” к непроизводительным потерям светового потока.

Ь Ьсов(2 -P)

sin

5 14396 торыми установлен узел формирования светового зонда, закрепленный на входной оси вращения преобразователя, соосной с общей осью, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя за счет увеличения коэффициента использования светового потока направленного источника света, в нем узелформирования светового зонда выполнен в виде непрозрачного тела вращения, в котором от центра к периферии под углом к общей оси выполнен цилиндрический канал с отражающей внутренней поверхностью, цилиндрический канал оптически связан с выходом направлен.ного источника света и фоточувствительным входом координатно-чувствительного кругового фотопотенциометра, 2О выводы которого являются электрическими входом и выходом преобразователя, в зазоре между внутренней поверхностью светонепроницаемого корпуса и непрозрачным телом вращения распо- 26 ложен световой лабиринт, выполненный в виде двух сопряженных гребенок, прикрепленных соответственно к светонепроницаемому корпусу и .поверхности непрозрачного тела вращения, при этом направленный источник света расположен на общей оси так, что ось симмет33 6 рии его диаграммы направленности проходит через центр основания цилиндрического канала, а расстояние h от излучающей поверхности направленного источника света до плоскости тела вращения узла формирования светового зонда удовлетворяет соотношению где а — расстояние по излучающей поверхности направленного источника света до внешней поверхности его корпуса в направлении максимума излучения, Ь вЂ” протяженность светового зонда в радиальном направлении, 2р — полуширина диаграммы направленности источника света, — угол между осью цилиндрического канала, и фоточувствительной поверхностью координатно-чувствительного кругового фотопотенциометра..1439633

@ив. 3

Состаитель Ю.Козлов

Техред М.Ходанич Корректор О.Кравцова

Редактор Л.Гратилло

Заказ 6080/50 Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,