Главная Преобразователи механических величин



Рис. 2 12. Структурная схема фотоэлектрического датчика мгновенной скорости и ускорений-

1 - генератор, 2 - светоизлучающий диод; 3 -кодовая линейка; < -фотодиод; 5 - блок обработки фотоэлектрического сигнала; 6, 7 ~ блоки цифрового отсчета мгновенной скорости и ускорений соответственно


Рис 2 13 Преобразователь линейных перемещений

/ - светоизлучающие диоды, 2-5 - линзы; 6 - фотоприемиики, 7 - зеркало, S - измерительная линейка

Устройство измерения скорости работает следующим образом. Диод излучает световые импульсы, которые проходят через передающий светодиод кодовую линейку и далее через приемный световод попадает на фотодиод ФД. Кодовая линейка имеет равномерно нанесенные прорези с шагом h. При движении кодовой линейки приемные световоды освещаются или заменяются и на фотодиод проходят пакеты световых импульсов. Каждый пакет импульсов соответствует перемещению в одну дискретность кодовой линейки. Чем больше скорость кодовой линейки, тем меньше число импульсов в пакете.

Действительно, для скорости объекта Vx при шаге кодовой линейки h время прохождения одного шага

Еслн период частоты генератора импульсов равен Го, то число импульсов в пакете, соответствующих мгновенной скорости объекта,

т. е. обратно пропорционально Дпя h-\ мм, частоты генератора f=10*, Г„=10-4 с

ЫО-з 10-4

= 10 м/с.

В цифровом датчике можно использовать микросхемы серии К155, светоизлучающие диоды АЛ 107 и кремниевые фотодиоды.

В станкостроении и приборостроении широкое применение находят растровые фотоэлектрические устройства для измерения линейных и угловых перемещений. Применение СИД в этих устройствах обусловлено их высоким быстродействием. В общем случае растровые преобразователи линейных перемещений состоят из измерительной и индикаторной линеек, на которые нанесены растры с одинаковым шагом. Число участков растра на индикаторной линейке соответствует числу фаз фотоэлектрического фазовращате-



ля п, причем участки пространственно сдвинуты относительно друг друга на 1 г шага растра.

В зависимости от числа используемых СИД растровые преобразователи могут быть построены по трехфазной [74, 75] и четы-рехфазной схемам [76, 77]. Для каждого участка индикаторного растра п устанавливаются п светодиодов и соответственно п фотоприемников. Погрешность измерения, обусловленную различием параметров фотоприемников, можно исключить, используя один фотоприемник [74], на который с помощью линз собирается световой поток со всех участков растра. Питание СИД осуществляется от источника синусоидальных напряжений сдвинутых по фазе на 360/п.

Измеряемое перемещение находится как сумма целого числа пройденных шагов растра и доли шага, определяемой по фазе суммарного сигнала с выходов фотоприемников. Для снижения потребляемой мощности устройства на СИД можно подавать импульсы высокой частоты с большой скважностью, промодулиро-ванных по амплитуде синусоидальным напряжением низкой частоты.

В [79] описан преобразователь линейных перемещений с дискретностью 1 мкм, имеющий зазор между измерительной линейкой и индикаторной головкой 5 мм и допускающий изменение этого зазора на ±0,5 мм. Схема преобразователя приведена на рис. 2.13. Источники света / (четыре СИД), расположенные в фокальной плоскости линзы 2, освещают участок измерительной линейки площадью 1 см. Оптическая проекционная система этого устройства состоит из линз 3, 4 w зеркала 7. В фокусе линзы 5 расположены четыре фотоприемника 6. Изменив наклон зеркала 7, можно получить необходимый шаг муаровых полос.

На рис. 2.14 приведена схема преобразователя круговых перемещений [79], работа которого сводится к следующему. Свете-


Рис 2 14 Преобразователь круговых перемещений;

/ - светоизлучающий диод; 2 - конденсор; 3 - лимб, 4, 5 ~ растровые дорожки; 6, 10 - объективы; 13, /4 - лиизы; /2 - световоды; 15, /й - фотоприемники



излучающий диод 1 с помощью конденсора 2 освещает участок лимба 3. На лимб нанесены две растровые дорожки 45 каждая по 10 000 штрихов, причем штрихи дорожек сдвинуты на 1/4 шага относительно друг друга. С помощью призм 6, 10, объективов 7, 9, призмы 8 один участок лимба проецируется на другой. Через фокусирующую линзу и, СИД 12, линзы 13, 14 световые потоки попадают на фотоприемники 15 и 16.

Для снижения требований к точности нанесения растра и получения значительного масштаба преобразования круговых перемещений можно использовать оптическую систему с большим увеличением или периодические структуры с теневыми свойствами.

При использовании трех периодических решеток [80] световой поток, проходя через первую решетку с пространственной частотой /ь диффузно освещает вторую решетку с пространственной частотой /г, отстоящую от первой на расстоянии h. Если направления штрихов решеток совпадают, то на расстоянии

Я= If- (h + v)

ОТ второй решетки возникает ее теневая картина, имеющая пространственную частоту

h + a

При смещении второй решетки на d картина смещается на отрезок

В зависимости от пространственной частоты и углового положения третьей решетки, совмещаемой с теневым изображением второй решетки, получают абтюрационное, муаровое или нониусное сопряжение. При /i = f2 теневая картина не образуется. При /2 = 2/1, v = h и /3 = /] можно построить устройство, применив только две решетки, одна из которых работает в отраженном свете, а другая - в проходящем. Теневая картина образуется при соблюдении следующих условий:

/1= (/V-J-U/J,,

где N-целое число; Л - длина волны источника света. При использовании СИД с длиной волны 0,94 мкм, измерительной решетки с шагом 200 мкм, индикаторной решетки с шагом 100 мкм величина зазора составляет 20 мм.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 [9] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25


0.0139