Оптико-электронное позиционно-чувствительное устройство

Оптико-электронное позиционно-чувствительное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ТИЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii> 868354

+ т %, t н к н н (63) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Завалено 1012:79 (21) 2850235/18-28 (5!)М. Кл с присоединением заявки йо—

G 01 В 21/00

Государственный комнтет

СССР по делам нзобретеннй н открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 300981 Бюллетень Н9 36 (53) УДК 531. 717 (088. 8) Дата опубликования описания 300981 т

А.Л.Андреев и В.В.Коротаев

/::,.;-, 1

Ленинградский институт точной йеиаидки / и.оптики (72) Авторы изобретения (71) Заявитель. (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНОЕ

УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения пространственной ориентации объектов.

Известно позицйонно-чувствительное устройство, содержащее источник излучения, оптическую проекционную систему, позиционно-чувствительный фотоприемник с тянущим радиальным полем и схему обработки информации (1 ).

Недостатком устройства является большая погрешность измерения, odycловленная нестабильностью позиционной характеристики, вследствие зависимости позиционной характеристики от уровня облученности светового пятна, температуры фотоприемника и деградации светочувствительного материала. Кроме того, информация на выходе устройства представлена в аналоговой 20

- форме, что в ряде случаев требует применения аналого-цифровых преобразова телей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является оптико-электронное позиционно-чувствительное устройство, содержащее соединенные последовательно задающий генератор, источник излучения, установленные по ходу светового луча оптическуюзО проекционную систему и фотоприемник, состоящий из полупроводниковой пластины, двух питающих и выходного электродов, источник напряжения, усилитель- формирователь и измеритель временных интервалов, питающие электроды фотоприемника подключены к источнику. напряжения, а выходной электродк усилителю-формирователю. Второй вход измерителя временных интервалов соединен с выходом усилителя-формирователя импульсов. Величина временной задержки сигнала Ас на выходе указанного фотоприемника по отношению к моменту воздействия оптического импульсного сигнала на фотопрнемник зависит от расстояния между изображением источника на полупроводниковой пластине и выходным электродом, а также от напряженности электрического поля, создаваемого источником напряжения (.2 ).

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения координат светового пятна вслед-. ствие зависимости подвижности носителей тока от температуры полупроводниковой пластины, которая может изменяться, например, при изменении температуры окружающей спелы или под 868354 действием протекающего по полупроводниковой пластине тока.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что .устройство снабжено установленными последовательно дополни5 тельным источником излучения н оптической проекционной системой, электронным коммутатором, включенным между усилителем-формирователем и измерителем временных интервалов, и, блоком управления, второй выход задающего генератора подключен .к дополни- тельному источнику излучения, третий выход — к первому. входу блока управления и к управляющему входу эпект- 15 ронного коммутатора, четвертый выход — к второму входу блока управления, выход которого соединен с источником напряжения.

Кроме того, блок управления состо- Щ ит из соединенных последовательно фазового детектора, формирователя управляющих импульсов и ключевого элемента, первый и второй входы фазового детектора подключены соответственно к задающему генератору и электронному коммутатору, вход формирователя управляющих импульсов соединен с другим выходом задающего генератора, а выход ключевого элемента подключен к источнику напряжения.

На фиг.1 представлена блок-.схема устройства на фиг.2 — временные диаг раммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит задающий гене-, ратор 1, источники 2 и 3 излучения, оптические проекционные системы 4 и

5, фотоприемник б, состоящий из полу" проводниковой пластины 7, выходного электрода 8, двух питающих электродов .9, источник 10 напряжения, усили- 40 тель-формирователь 11, электронный коммутатор 12, измеритель 13 временных интервалов, блок 14 управления, состоящий из фазового детектора 15, формирователя 16 управляющих импульсов, ключевого элемента 17.

Устройство работает следующим образом.

Источники 2 и 3 излучения, управ ляемые задающим генератором 1, поочередно излучают короткие по длительности оПтические сигналы (фиг.2а,б} . С помощью оптических проекционных систем 4 и 5 на фоточувствительной поверхности полупроводниковой пластины 7 фотоприемника б поочередно формируются изображения источников 2 и 3. Причем изображенйе источника 3, формируемое проекционной системой 5, фиксировано на поверхности фотоприемника б. Изоб- @) ражение источника 2, формируемое про-. екционной системой 4, может перемещаться по поверхности .фотоприемника б. Его координаты при соответствующем выборе оптического тракта проекционной системы несут полезную ни формацию о пространственном положении объектов. С помощью усилителя-формирователя 11 осуществляется формирование импульсных сигналов (фиг.2д, ж) в моменты времени, соответствующие появлению неосновных носителей тока в области выходного электрода 8.

Вследствие инерционности процессов диффузии и дрейфа носителей тока в полупроводниковой пластине 7 всегда имеет место некоторая задержка импульсных сигналов на выходе усилителя-формирователя 11 по отношению к моменту воздействия на фотоприемник б импульсов оптических сигналов. Величина задержки зависит от расстояния между ближайшей границей светового пятна и выходным электродом 8.

Таким образом, путем измерения времени задержки импульсных сигналов д t (фиг.2е) с помощью измерителя 13 временных интервалов определяются координаты изображения источника.

Благодаря наличию электронного коммутатора 12, управляемого тактовыми импульсами задающего генератора 1 (фиг.2в), измерителем 13 временных интервалов регистрируется только задержка преобразованных импульсных сигналов, полученных от источника 2 излучения и несущих информацию о положении объектов, При появлении на выходе фотоприемника б сигналов, полученных от источников 3 излучения, электронным коммутатором 12 обеспечивается прохождение импульсного сигнала с выхода усилителя-формирователя 11 на второй вход фазового детектора 15 (временная диаграмма работы электронного коммутатора показана на фиг.2г).

На первый вход фазового детектора 15 поступает импульсный сигнал с четвертого выхода задающего генератора 1 (,фиг.2з3 . Временная задержка импульсных сигналов, поступающих на первый вход фазового детектора

15 (фиг.2з), относительно импульсов, воздействующих на фотопрнемник 6 от источника 3 излучения (фиг.2б), соответствует номинальной задержке импульсного сигнала на выходе фотоприемника 6. При увеличении или уменьшении задержки импульсных сигналов, поступающих на второй вход фазового детектора 15 (фиг. 2ж l, относительно опорных импульсных сигналов, поступающих на его первый вход ( с четвертого выхода задающего генератора 1 (фиг.2в), на выходе фазового детектора 15 появляется сигнал рассогласования соответствующего знака. Этот сигнал поступает на первый вход формирователя 16 управляющих импульсов.

Формирователем 16 управляющих импульсов формируются импульсы(Фиг, 2н) 8683 >4

Формула изобретения управляющие вклич HHt= të и ..точника 10 напряжения. Передний фронт управляющих импульсов (фиг.2и) синхронизи- руется импульсами с третьего выхода задающего генератора 1 (фиг.2в), частота следования которых вдвое выше частоты следования импульсов излучения (фиг.2а, б). Причем импульсы, поступающие с третьего выхода задающего генератора 1, опережают по фазе импульсы излучения на некоторое время, необходимое для завершения переходных процессов в устройстве, связанных с включением источника 10 напряжения. Длительность управляющих им,пульсов (фиг.2и) регулируется сигналом рассогласования, поступающим с выхода фазового детектора 15. Управляющие импульсы поступают на вход ключевого элемента 17, с помощью которого осуществляется непосредственное управление включением источника 20

10 напряжения.

Напряжение (т.е. амплитуду импульсов у на выходных клеммах источника

10 напряжения устанавливают, исходя из выбранного режима работы фотоприемника б, при котором обеспечивается оптимизация позиционной характеристики устройства. Длительность импульсов, управляющих включением источника 10 напряжения (фиг.2и), всег-30 да больше времени, необходимого для завершения процессов в диффузии и дрейфа носителей тока в полупроводниковой пластине 7. Однако длительность этих импульсов меняется в соответствии с сигналом рассогласования, поступающим с фазового детектора 15, в диапазоне от некоторого минимального значения (необходимого для завершения процессов диффузии и дрейфа) до некоторого максимального зна- 40 чения, равного периоду их,следования.

Иначе говоря, при фиксированных частоте и фазе управляющих ймпульсов их скважность меняется от некоторого максимального значения до единицы. . 45

При изменении длительности импульсов„ управляющих включением источника 10 напряжения, не изменяется электрический режим работы фотоприемника б (так как в активное время. работы фотоприемника 6 напряжение всегда подано к его питающим электродам 9), а изменяется лишь средняя мощность, рассеиваемая в полупроводниковой пластине 7 за счет прохождения электрического тока. Следовательно, изменяется степень ее нагрева.

Таким образом осуществляется автоматическое регулирование температуры полупроводниковой пластины фотоприемника, а следовательно, стабилизация позиционной характеристики всего устройства и повышение точности измерения.

1. Оптико-электронное позицион- . но-чувствительное устройство, содержащее соединенные последовательно задающий генератор, источник излучения, установленные по ходу светового луча оптическую проекционную систему и фотоприемник, состоящий из полупроводниковой пластины, двух питающих и выходного электродов, источник напряжения, усилитель-формирователь и измеритель временных интервалов, питающие электроды фотоприемника подключены к источнику напряжения, а выходной электрод — к

I усилителюформирователю, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено установленными последовательно дополнительным источником излучения и оптической проекционной системой, электронным коммутатором, включенным между усилителем-формирователем и измеркуелем временных интервалов, и блоком управления, второй выход задающего генератора подключен к дополнительному источнику излучения, третий выход — к первому входу блока управления и к управляющему входу электронного коммутатора, четвертый выход к второму входу блока управления, выход которого соединен с источником напряжения

2. Устройство по п.l>,о т л и ч а ющ е е с я тем, что, блок управления состоит иэ соединенных последовательно фазового детектора, формирователя управляющих импульсов и ключевого элемента, первый и второй входы фазового детектора подключены соответственно к задающему генератору и электронному коммутатору, вход формирователя управляющих импульсов соединен с другим выходом задающего генератора, а выход ключевого элемента подключен к источнику напряжения.. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Авторское свидетельство СССР . Р 225331, кл. В 64 6 3/00, 1968.

2. Автоматика и телемеханика.

1977, 9 3. с.156 (прототип).

868354

Составитель Е.Глазкова

Техред Т @аточка. Корректор М.Шароши

Редактор В.Петраш

Филиал ППП "Патент", г.удгород, ул.Проектная,4

Эакаэ 8299/51 Тирам 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ССССР по.делам иэобретений и открытий

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