Оптический датчик линейных перемещений

Оптический датчик линейных перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения перемещений в диапазоне до 500 м. Цель изобретения - расширение диапазона измерения за счет линеаризации выходной характеристики. Световой поток источника 1 излучения, сфокусированный первой линзой 2, падает на дополнительную линзу 5, имеющую диаметр D<SB POS="POST">б</SB> и фокусное расстояние F<SB POS="POST">б</SB>, определяемые выражениями D<SB POS="POST">б</SB>≥2D<SB POS="POST">фп</SB>+2F<SB POS="POST">м</SB><SP POS="POST">.</SP>TGΑ

F<SB POS="POST">б</SB>*98F<SB POS="POST">м</SB>+T<SB POS="POST">м</SB>+T<SB POS="POST">б</SB>, где D<SB POS="POST">фп</SB> - диаметр фотоприемника

F<SB POS="POST">м</SB> - фокусное расстояние первой линзы 2

α - апертурный угол источника 1 излучения

T<SB POS="POST">м</SB>, T<SB POS="POST">б</SB> - толщина первой и дополнительной линз соответственно. Отраженный от контролируемого объекта световой поток собирается дополнительной линзой 5 на фотоприемники 3, 4, где преобразуется в электрический сигнал, по величине которого судят о перемещении. 2 ил.

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,SU„.1613850, А1 (51)5. G О1 В 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ AEHT CCCP.

1 (21) 4639638/28 (22) . 1 7. 01. 89 (46) 15..12.90.. Бюл. Р 46 . (72) Т.И. Мурашкина, Ю.А, Лапшов и.. О.В. Преснякова (53) 531.71.531.14(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1093889, кл. G 01 В 11/00, 1984. (54) ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ

ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения перемещений в диапазоне до 500 м.

Цель изобретения — расширение диапазона измерения за счет линеаризации выходной характеристики. Световой

2 поток источника 1 излучения, сфокусированный первой линзой 2, падает на дополнительную линзу 5, имеющую диаметр Dg и фокусное расстояние

fp, определяемые выражениями: D j В

2D + 2f tgo(; f) )f + "м+ "Ь где D><- диаметр фотоприемника; f+ фокусйое расстояние первой линзы

2; OL — апертурный угол источника 1 излучения;, g — толщины первой дополнительной линз соответственно. Отраженный от контролируемого объекта 6 световой поток собирается цополнительной линзой 5 на фотоприемники 3, 4., где преобразуется в электрический сигнал, по величине которого судят о перемещении, 2 ил .

1613850

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения перемещений в диапазоне до 500 мм.

11ель изобретения — расширение диа5 пазона измерения путем линеаризации выходной характеристики.

На фиг. 1 представлена оптическая схема датчика линейных перемещений; на фиг. 2 — сравнительные характеристики датчиков с дополнительной линзой и без нее. Датчик содержит источник 1 излучения, первую собирающую линзу 2 с фокусным расстоянием К„1, фотоприемники 3 и 4, .установленные симметрично относительно оптической оси датчика, и дополнительную собирающую линзу 5, установленную по ходу излу- 20 чения после первой собирающей линзы 2„

Датчик работает следующим образом.

Световой поток источника 1 излучения, сфокусированный первой линзой 2, попадает параллельным пучком на до- >5 полнительную линзу 5 и далее собирается в ее фокусе f y, после которого начинает расходиться, Часть отраженного от контролируемого объекта светового потока поступает на фото30 приемники 3 и 4, где преобразуется в электрический сигнал.

Механизм линеаризации датчика состоит в том, что в начале диапазона измерения за счет сужения светового . пятна на поверхности значительно

35 уменьшается отраженный от него световой поток от величины Р (в случае параллельного попадания лучей) до величины У„(фиг . 2) .

Б точке диапазона измерения, совпадающей с задним фокусом дополнительной линзы 5 х; = f y пятно достигает своего минимального размера, в ре зультате чего отраженный световой поток

45 поступающий на фотоприемники 3 и 4, значительно увеличивается в

I сравнении со световым потоком v; (для случая с параллельным ходом лучей) за счет уменьшения потока рассеяния, не попадающего на фотоприемники 3 и 4, Аналогичные рассужденйя справедливы и для любой точки хэ диапазона измерения.

Увеличение сигнала в конце диапазона измерения позволяет расширить

55 диапазон контролируемых перемещений, Из приведенных рассуждений можно сделать вывод, что чем дальше находится х. = fg тем дальше от начала диапазона измерения происходит заметное усиление сигнала, т.е„тем больше диапазон измерения.

Оптимальным с точки зрения габаритов датчика является вариант, при котором э =а„„+ в„,„, (1) где d — диаметр окружности, на которой расположены фотоприемники 3 и 4; а D „внешний диаметр фотоприем4 Й ника, <Рп yIIq - DW D (2) где Dy — диаметр линзы 2.

Но Р 2f> tgg, (3) где ф. — апертурный угол источника 1 излучения, тогда Dg 2D+q + 2й„„ tg< (4)

Вторым условием расширения диапа з она и зм ер ения, а также максимал ьной линеаризации зависимости u = f (x) при достаточной чувствительности преобразования является выбор расстояния L на котором линза 5 расположена относительно светоизлучающей площадки источника 1 излучения и, соответственно, относительно линзы 2 и фотоприемников 3 и 4.

С точки зрения уменьшения световых потерь, обусловленных затуханием в пространстве светового потока, отраженного от объекта, фотоприемники

3 и 4 и линза 2 должны быть расположены в непосредственной близости от линзы 5.

Отсюда расстояние Ь определяется выражением

L f + t + tg, (5)

I pe t, ty — толщины малой и большой линз соответственно.

В соответствии с законами геометt рической оптики .и на основе экспериментальных исследований установлено, что сужение светового потока, идущего к объекту, обеспечивающее увеличение диапазона измерения и линейности зависимости U = f (х), происходит, если фокус f g линзы 5 больше расстояния

L, т.е„расположен эа источником 1 излучения, т.е, fg>f + „,+ tg. формула изобретения

Оптический датчик линейных перемещений, содержащий источник излучения

50 фй + 2 "Фю

tì и б

/ 0

Хд Х

Составитель М. Минин

Техред Л.Олийнык

КорректорА Осауленко

Редактор А. Огар

Заказ 3885 Тираж 493 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета.по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

5 16138 и собирающую линзу с фокусным расстоянием f>, фотоприемники, расположенные симметрично относительно оптической оси датчика, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расши5 рения диапазона измерения, он снаб" жен дополнительной собирающей линзой, установленной по ходу излучения после первой собирающей линзы и имеющей диаметр Р и фокусное расстояние f<, определяемое выражениями:

+ +

1 диаметр фотоприемника; апертурный угол источника излучения; толщины первой и дополнительной собирающих линз соответственно.