Свето-излучающие диоды и их применение - Мухитдинов М.
Скачать (прямая ссылка):
Рис 2 13 Преобразователь линейных перемещений
/ — светоизлучающие диоды, 2—5 — линзы; $ _ фотоприемиики, 7 — зеркало, 8 — 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 их при шаге кодовой линейки h время прохождения одного шага
^X ~~
Если период частоты генератора импульсов равен То, то число импульсов в пакете, соответствующих мгновенной скорости объекта,
hх ” ~ hlTo vx'
т. е. обратно пропорционально vx Для h— 1 мм, частоты генератора /=104, То=10—4 с
h ЫО-з
vx= —- = —--------- = 10 м/с.
* Т0 10-4
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-
30
ля п, причем участки пространственно сдвинуты относительно друг друга на 1/п шага растра.
В зависимости от числа используемых СИД растровые преобразователи могут быть построены по трехфазной [74, 75] и четырехфазной 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 1 (четыре СИД), расположенные в фокальной плоскости линзы 2, освещают участок измерительной линейки площадью I см2. Оптическая проекционная система этого устройства состоит из линз 3, 4 и 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. Свето-
Рис 2 14 Преобразователь круговых перемещений:
/ — светоизлучающий диод; 2— конденсор; 3— лимб, 4, 5 — растровые дорожки; 6, 10— объективы; 11, 13, 14 — лиизы; 12 — световоды; 15, 16 — фотоприемники
31
излучающий диод 1 с помощью конденсора 2 освещает участок лимба 3. На лимб нанесены две растровые дорожки 4 я 5 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 11, 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 /], диффузно освещает вторую решетку с пространственной частотой /2, отстоящую от первой на расстоянии h. Если направления штрихов решеток совпадают, то на расстоянии
от второй решетки возникает ее теневая картина, имеющая пространственную частоту
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 = теневая картина не образуется. При /2 = 2/1, v — h и /з == /1 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:
