ТРЕХКООРДИНАТНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использована при измерении перемещения подвижных объектов или их частей.
Известно устройство для определения координат движущегося объекта [а.с. СССР №1037062], содержащее вращающийся источник света, закрепленный на движущемся объекте, и три неподвижных линейки фотоэлементов со схемами управления и считывания информации (схема считывания представляет собой пороговое устройство), оси которых параллельны одной из осей координат. Величина координаты по этой оси рассчитывается по данным о порядковых номерах засвеченных элементов, по двум другим - исходя из временных интервалов засветки элементов линеек. Недостатком указанного устройства является достаточно сложная конструкция.
Известен также оптический датчик перемещений [патент РФ №2226670] (прототип), содержащий корпус и расположенные в нем последовательно: фотоэлектрический преобразователь, выполненный в виде линейки фотоэлементов со схемой управления и считывания информации, шторку со скошенной (расположенной под углом к оси линейки фотоэлементов) кромкой и источник света, при этом шторка установлена с возможностью соединения с подвижной частью объекта. Величина координаты рассчитывается по данным о порядковых номерах засвеченных элементов. Чувствительность (цена деления) датчика в направлении, перпендикулярном оси линейки фотоэлементов, определяется как произведение котангенса угла между кромкой и осью линейки фотоэлементов на шаг линейки фотоэлементов, а вдоль оси равна шагу линейки. Недостатком датчика является ограниченные функциональные возможности, так как определить можно только одну из координат объекта и только при условии, что
шторка перемещается именно по этой координате.
Целью полезной модели является устранение недостатка аналога и расширение функциональных возможностей прототипа - обеспечение измерения перемещений одновременно по трем координатам.
Для этого в известном оптическом датчике перемещений, содержащем корпус и расположенные в нем последовательно: фотоэлектрический преобразователь, выполненный в виде линейки фотоэлементов со схемой управления и считывания информации, шторку со скошенными кромками и источник света, при этом шторка и источник света установлены с возможностью соединения с подвижной частью объекта, источник света выполнен точечным, а шторка выполнена с тремя кромками, первая из которых параллельна второй, а третья расположена со второй на пересекающихся прямых, причем источник света расположен на прямой, проходящей через точку их пересечения и перпендикулярной оси линейки фотоэлементов.
По соотношению номеров элементов, расположенных на границах свет-тень от пересекающихся кромок шторки, рассчитываются первая (х) и вторая (у) координаты - в направлении поперек и вдоль оси линейки фотоэлементов. При этом благодаря расположению источника света не требуется поправки на изменение ширины тени от положения шторки по третьей координате (z), которая однозначно определяется по ширине полосы света от точечного источника, проходящего между параллельных кромок шторки.
На чертеже изображен вариант конструктивной схемы предлагаемого датчика.
Шторка 1 вместе с лазерным светодиодом 2 прикреплена через гофр 3 к подвижному объекту 4. Корпус 5, в котором установлена линейка фотоэлементов 6 и плата схемы управления и считывания информации 7, прикреплен к неподвижному объекту 8. Все кромки шторки 1 расположены в одной плоскости, параллельной оси линейки фотоэлементов 6.
Параллельные кромки (первая и вторая) перпендикулярны оси линейки фотоэлементов 6, а третья расположена к ней под углом 45°. Светодиод 2 расположен от плоскости кромок на том же расстоянии, что и параллельные кромки друг от друга, и расстояние это составляет 1/6 часть длины линейки фотоэлементов 6. Таким образом, чувствительность датчика по любой координате равна шагу линейки фотоэлементов 6, а максимальное значение модуля вектора перемещения объекта равно 1/6 части длины линейки фотоэлементов 6. Шторка 1 показана на чертеже в положении начала координат.
Схема управления и считывания информации 7 определяет но мера фотоэлементов, находящихся на границах свет-тень (на чертеже обозначены А, В, и С). Поскольку пересекающиеся кромки шторки 1 лежат на гранях двугранного угла, на ребре которого расположена точка излучения лазерного светодиода 2, то значения А и В не зависят от расстояния от шторки 1 до линейки фотоэлементов 6. Таким образом, значения проекций вектора перемещения подвижного объекта 4 на оси координат, связанные с неподвижным объектом 8, вычисляются по формулам:
X=a·(A+B)-2·L/3;
Y=a·B-L/2;
Z=a·(C-B)-L/3,
где а и L - соответственно шаг и полная длина линейки фотоэлементов 6.