Фотоэлектрический преобразователь перемещений

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(73) Патентообладатели Романов Александр Вячеславович, Фатыхов Вадим Нилович(57) Фотоэлектрический преобразователь перемещений, содержащий оптически связанные и последовательно установленные источник излучения, линзу, измерительный растр, индикаторный растр с квадрантным размещением окон, образованных двумя парами групп штрихов, выполненных с относительным фазовым сдвигом 0, 180 в первой паре и 90, 270 во второй, четыре фотоприемника и измерительный блок, отличающийся тем, что группы штрихов каждой пары расположены симметрично относительно продольной оси индикаторного растра, а источник излучения установлен с возможностью перемещения вдоль оси линзы. Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля линейных и угловых перемещений в машино- и приборостроении. Известен преобразователь перемещений, содержащий две осветительные системы светодиод-линза, измерительный растр, индикаторный растр, с размещенными вдоль него четырьмя группами штрихов с относительным фазовым сдвигом 90, четыре фотоприемника и измерительный блок 1. Данный преобразователь не обеспечивает высокую точность, что обусловлено наличием двух осветительных систем. 3481 1 Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь перемещений, содержащий оптически связанные и последовательно установленные источник излучения, линзу, измерительный растр, индикаторный растр с квадрантным размещением окон, образованных двумя парами групп штрихов, группы штрихов каждой пары расположены симметрично оси, перпендикулярной плоскости растра, и выполнены с относительным фазовым сдвигом 0, 180 в первой паре и 90, 270 во второй, четыре фотоприемника и измерительный блок 2. Данное устройство не обеспечивает высокую точность, что обусловлено отличием разности фаз сигналов фотоприемников от 90. Техническая задача, которую позволяет решить предлагаемое изобретение, - повышение точности измерения за счет возможности регулирования фазового сдвига между сигналами. Решение технической задачи достигается тем, что в устройстве, содержащем оптически связанные и последовательно установленные источник излучения, линзу, измерительный растр, индикаторный растр с квадрантным размещением окон, образованных двумя парами групп штрихов, выполненных с относительным фазовым сдвигом 0, 180 в первой паре и 90, 270 во второй, четыре фотоприемника и измерительный блок, группы штрихов каждой пары расположены симметрично относительно продольной оси индикаторного растра, а источник излучения установлен с возможностью перемещения вдоль оси линзы. В предлагаемом устройстве благодаря тому, что группы штрихов, выполненных с относительным фазовым сдвигом, равным 180, расположены симметрично относительно продольной оси растра, а источник излучения установлен с возможностью перемещения вдоль оси линзы, путем перемещения источника вдоль оси линзы можно регулировать фазовый сдвиг между выходными сигналами, устанавливая его равным 90,независимо от точности изготовления индикаторного растра, а также величины зазора между растрами. Тем самым повышается точность измерения. Сущность изобретения поясняется фигурой, где 1 - источник излучения, 2 - линза, 3 - измерительный растр, 4 - индикаторный растр, 58 - окна индикаторного растра, 912 - фотоприемники, 13 измерительный блок. Устройство содержит последовательно установленные и оптически связанные источник излучения 1,линзу 2, измерительный растр 3, индикаторный растр 4 с окнами 5-8, четыре фотоприемника 9-12, измерительный блок 13. Источник излучения 1, линза 2, измерительный растр 3, индикаторный растр 4, фотоприемники 9-12 последовательно установлены друг за другом и оптически связаны. Окна 5-8 индикаторного растра расположены в четырех квадрантах и образованы двумя парами групп штрихов. Первую пару составляют группы штрихов с относительным фазовым сдвигом 0, 180 (окна 5, 6), вторую пару - с относительным фазовым сдвигом 90, 270 (окна 7, 8). Группы штрихов каждой пары расположены симметрично относительно продольной оси индикаторного растра. С каждым из окон индикаторного растра 4 сопряжен один из фотоприемников 9-12. Фотоприемники, относящиеся к каждой паре групп штрихов, включены встречно и подключены к измерительному блоку 13. Преобразователь перемещений работает следующим образом. Излучение от источника 1, например светодиода АЛ 115, проходит линзу 2 (фокусное расстояние 8 мм,световой диаметр 6 мм) и попадает на измерительный растр 3, период которого равен 20 мкм. На расстоянии 30 мкм от растра 3 установлен индикаторный растр 4. Индикаторный растр содержит четыре окна 5-8, которые расположены в четырех квадрантах и образованы группами штрихов с периодом 20 мкм. Благодаря пространственному смещению групп штрихов друг относительно друга их относительный фазовый сдвиг равен 0, 90, 180 и 270. При этом группы штрихов с относительным фазовым сдвигом 180 расположены симметрично относительно продольной оси индикаторного растра. За индикаторным растром располагаются фотоприемники 9-12, сопряженные с окнами индикаторного растра. Фотоприемники могут быть сформированы на одной полупроводниковой подложке. На выходах фотоприемников 9-12 формируются сигналы синусоидальной формы с относительным фазовым сдвигом 0, 90, 180, 270. Благодаря встречному включению фотоприемников, сигналы которых имеют фазовые сдвиги 0, 180 и 90, 270, получают два сигнала без постоянной составляющей, сдвиг фаз между которыми равен 90. Измерительный растр 3 связан с подвижным объектом. При перемещении растра 3 происходит модуляция потока излучения и на выходах фотоприемников формируются электрические сигналы, сдвинутые друг относительно друга на 90. Измерительный блок 13 подсчитывает число периодов электрических сигналов, снимаемых с фотоприемников, которое характеризует величину перемещения. При наличии погрешности изготовления индикаторного растра разность фаз выходных сигналов будет отлична от 90, что приводит к погрешности измерения. Для устранения фазовой ошибки необходимо путем регулировки установить фазовый сдвиг между сигналами, равный 90. Регулировка фазового сдвига производится путем перемещения источника излучения 1 вдоль оси линзы 2. При таком перемещении изменяется расходимость потока излучения, формируемого линзой, что приводит к смещению теневых изображений участков измерительного растра, сопряженных с окнами индикаторного растра. При увеличении расходимо 2 3481 1 сти проекция измерительного растра на окна 5, 6 и проекция на окна 7, 8 смещаются в противоположные стороны от оси линзы, что приводит к уменьшению разности фаз между выходными сигналами. Уменьшение расходимости потока приводит к смещению проекций к оси линзы и увеличению разности фаз. Таким образом добиваются фазового сдвига между сигналами, равного 90. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.