Патент ссср 271059

27l059

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 03.1.1969 (№ 1296676/18-24) с присоединением заявки М

Приоритет

Опубликовано 12.Ч.1970. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 13ХП1.1970

Кл. 42h, 38

42гп, 3/00

МПК G 02Ь

G 06j

УДК 535.824.3:681.34 (088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Авторы изобретения

В. Г. Шульц и Г. И. Филимонова

eMelyswee,-, Всесоюзный научно-исследовательский институт горной и маркшейдерского дела

Заявитель

ОПТО-ЭЛ ЕКТРИЧЕСКИ Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

СВЕТОВОГО ЛУЧА В ЦИФРОВОЙ КОД

Изобретение относи гся к геодезическому, оптическому и оптико-механическому приборостроению, вычислительной и измерительной технике и может быть использовано в приборах и устройствах, в которых необходимо получить значение положения светового луча в цифровом коде.

Известен опто-электрический преобразователь перемещений светового луча в код, содержащий кодовые элементы и фотоэлектрические системы считывания.

Предложенный преобразователь отличается тем, что оптическая схема его выполнена в виде двух параллельных непрозрачных зеркал с внутренними отражающими поверхностями, расположенными на некотором расстоянии друг от друга. На зеркалах через определенные промежутки в определенной последовательности нанесены щелевые диафрагмы.

Цель изобретения — упростить конструкцгио существуюгцих преобразователей перемещений светового луча в цифровой код с однозначным отсчетом и повысить надежность и точность отсчета.

На фиг. 1 изображена схема предложенного опто-электрического зеркального преобразователя последовательного определения положений, который может быть также использован в качестве накопительного преобразователя; на фиг. 2 — схема, поясняющая работу преобразователя; на фиг. 3 — временные характеристики преобразователя; на фиг. 4— схема опто-электрического зеркального преобразователя одного отсчета (считывания); на фиг. 5 — расположение кодовых дорожек на гранях плоскопараллельной пластинки преобразователя, показанного на фиг. 4.

На фиг. 1 показано, что исследуемый световой луч А падает на внутренн1010 отражаю10 щую поверхность зеркала 1, отражается от него на зеркало 2, от последнего еще раз отражается на зеркало 1 и т. д. На зеркалах 1 и 2 через определенные промежутки и в определенной последовательности нанесены щеле15 вые диафр "ãìû 3 — -8. Против каждой из щелей соответственно расположены фотоэлементы 9--И.

На фиг. 2 показаны несколько положений исследуемого луча А при его смещении в пре2п делах измеряемого диапазона (А1 — A<;).

На фиг. 3 приведены временные диаграммы тактовых импульсов, вырабатываемых фотоэлементами прп перемещении луча А, как показано на фиг. 2. На фиг. 3 ФД-1 — фотоэле25 мент 9 на фиг. 1. ФД-2 — фотоэлемент 10 на фиг. 1.

На фиг. 4 показан преобразователь с многоразрядной кодовой маской, где 15 — плоскопараллельная пластина, 1б — кодовая до30 рожка младшего разряда многоразрядного

271059 кода, 17 — 19 — кодовые дорожки старших разрядов кода, 20 — 28 — объективы, 24 — 27— фотоэлементы, 28 — 81 — светонепроницаемые экраны.

Количество щелевых диафрагм в преобразователе, показанном на фиг. 1 — 3, а также число кодовых дорожек на противолежащи" сторонах плоскопараллельной пластинки преобразователя, показанного на фиг. 4 — О, может быть любым. Их число определяется, 1О исходя из требуемой точности измерений.

Предложенныи опто-электрический зеркальный преобразователь перемещений светового луча в цифровои код работает следующим образом, 15 ,!1уч света А;! падает на зеркало 1 (фиг. 2) под углом а. В этом положении освещена щель диафрагмы 8, и. с фотоэлемента 9 (см. фиг. 1) снимается электрический сигнал (см. фиг. 3). 11ри дальнейших отражениях луча ч! от зеркал луч света не попадает ни на одну из щелей. 11ри перемещении луча А в положение А2 он осветит щель диафрагмы 4, в положении А — щель 6 и т. д.

1-1а фиг. 2 показано, что определенным дискретным положениям луча A будет соответствовать только одна полностью освещенная щель диафрагмы, т. е. сигналы, снимаемые с фотоэлементов, будут соответствовать величине перемещения луча. Ь зависимости от того, какой из элементов засвечен в момент измерения, определяется числовое значение измеряемои величины смещения луча. 1> предложенном преобразователе в том случае, если ширина исследуемого луча не превышает ширины щели считывающей диафрагмы, для определения измеряемой величины может быть использован метод счета (накопления) импульсов, приходящихся на измеряемую величину перемещений. В этом случае число 40 фотоэлементов может быть сведено до двух (ио одному на каждую сторону), а сигналы от всех щелей, расположенных на каждой из гранеи, при помощи оптической системы проецируются на соответствующий фотоэле- 45 мент.

4 ь том случае, если ширина луча превышает ширину щели считывающей диафрагмы, измеряемая величина определяется по фотоэлементу, сигнал которого появится последним перед моментом измерении.

Как видно из приведенных чертежей, в предложенном преобразователе используется многократно отраженный от поверхности зеркал луч света. то позволило значительно сократить габариты преобразователя за счет того, что два соседних Ilo порядку считывания фотоэлемента расположены на противоле>кащих зеркалах, а эго позволяет повысить точность преобразования, так как расстояние между двумя соседними считывающими щелями мо>кет быть сведено до минимума.

Точность измерений в предложенном преобразователе зависит от угла падения исследуемого луча на поверхность зеркала, расстояния между зеркалами и коэффициентом преломления среды, находящейся между зеркаламими.

Конструктивно оба зеркала преобразователя могут быть выполнены на двух противолежащих сторонах плоскопараллельной оптической пластины.

Наиболее помехозащищенными типами преОбразователей переме;цений в цифровой код являются преобразователи одного отсчета (считывания), позволяющие в любой момент времени однозначно определить измеряемую величину D виде комбинации электрических сигналов, имеющих однозначное значение для каждого из положений, определяемых дискретностью измерений. С этой целью в преобразователе применяются многоразрядные кодовые элементы.

В предложенном преобразователе однозначность отсчета достигается тем, что IIB одном пз зеркал преобразователя располагаются нечетные кодовые дорожки, начиная с младшего разряда кода, а па другом — четные.

На фиг. 4 показан преобразователь одного отсчета (c÷IIòû«àIIèÿ), в котором оба зеркала

1 и 2 выполнены в «иде противолежащих сторон плоскопараллельной оптической пластины.

На этих зеркалах расположены кодовые дорожки 16 — 19, причем на зеркале 1 располо>кены дорожки 16 и 18, а на зеркале 2— дорожки 17 и 19. Дорожка 16 является дорожкой младшего разряда четырехразрядного двоичного кода.

Число разрядов кода, наносимое на противолежащие стороны илоскопараллельпой пластины, может быгь и иным, так как оно определяется требуемой дискретностью измерений.

1-!а каждом из зеркал кодовые дорожки смещены одна относительно другой, а также относительно кодовых дорожек, расположенных на противолежащем зеркале (см. фиг. 5). Кодовая дорожка укладывается в пределах половины длины отрезка, ограниченного двумя соседними точками отражешгя луча на одном из зеркал.

Против каждой из кодовых доро>кек располо>кено по об.ьективу (20 — 28), цель которых — спроецировать освещенный участок кодовой маски на фотоэлемеHT (24 — 27), если исследуемый луч светя А падает на прозрачный элемент кодовой маски разряда кода.

Каждое положен!!е лу ча А определится комбинацией электрических сигналов, снимаемых с фотоэлементов 24 — -27. Показанное на фиг. 4 положение светового луча А определяется комбинацией сигналов, дающих цифровое значение этой величины в двоичном коде, равное !001. При перемещении луча А комбинации электрических сигналов, снимаемых с фотодиодов, будут различными, т. е. каждое пз положений луча А в пределах дискретности отсчета определяется однозначно.

Предложенные опто-электрические преобразователи в цифровой код перемещения свето271059 и о

А х

Д 2 а, х о. а, Риг 2 а, Ог и, вого луча просты по конструкции и позволяют с большей точностью измерять малые перемещения светового луча.

Предмет изобретения

1. Опто-электрический преобразователь перемещений светового луча в цифровой код, содержащии кодовые элементы и фотоэлектрические системы считывания, orxu«aiou!«исл тем что, с целью упрощения и получения однозначного отсчета, он выполнен в виде !.араллельиых непрозрачных зеркал с внут1 åèèèìè отражающими поверхностями, светоLîé лу-! !!o отношению к которым направлен под углом и на которые нанесены щелевые диафрагмы В пос1е10вательности. соответ ствующей многоразрядному коду, причем иа одном из зеркал нанесены нечетные кодовые дорожки, а на другом — — четные, а кодовые дорожки на зеркалах смещены параллельно относительно друг друга в плоскости, перпендикулярной плоскости перемещения светового л ча.

l0 2. Преобразователь по п. 1, отличиошийся тем, что, с целью повышения надежности, зеркальные поверхности со щелевыми диафрагмами нанесены на противоположные стороны плоскопараллельной оптической пла15 стины.

271059

Фд,/я)

Фд,/ю)

Фд,/77)

Фд„/и)

Фд,/79) r/71 Щ ю/А) Щ /А! 4/А)

Фс г. 3 г9

27 6

1В

Составитель И. Горелова

Редактор И. Е. Урвшзон Текред 3. Н. Тараненко Корректор С. А. Кузовенкова

Заказ 2201/11 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Кочитета по дслаги изобрстепий и открытий при Совете Министров СССР

Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2