оптический датчик перемещений
Классы МПК: | G01B11/00 Приспособления к измерительным устройствам, отличающиеся оптическими средствами измерения |
Автор(ы): | Мурашкина Т.И., Преснякова О.В. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский институт физических измерений |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-10-06 публикация патента:
20.09.1995 |
Изобретение может быть использовано при бесконтактном измерении продольных перемещений в диапазонах 0-1000 мм. С целью расширения диапазона измерения и повышение точности измерения в датчике приемник излучения устанавливают в фокусе собирающей линзы, четыре светодиода соответственно в фокусе одной из четырех собирающих линз так, что их оптические оси расположены под углом
к оптической оси фотоприемника и сходятся в сторону отражателя, а диффузную отражающую поверхность располагают на перемещающемся объекте. 1 ил.
Рисунок 1

Формула изобретения
ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий последовательно установленные фотоприемник и четыре светодиода, расположенные симметрично относительно его оптической оси, оптическую собирающую систему, в фокусе которой размещен фотоприемник, и отражатель, предназначенный для закрепления на объекте, отличающийся тем, что оптическая собирающая система выполнена в виде пяти линз, в фокусе соответственно четырех из которых расположены светодиоды так, что их оптические оси направлены в сторону отражателя и образуют с оптической осью фотоприемника угол


где dп.и диаметр фотоприемника;

fи фокусное расстояние линзы.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при бесконтактном измерении продольных перемещений в диапазонах 0-1000 мм. Известно устройство для измерения перемещений объектов [1] содержащее источник излучения, основную оптическую систему, формирующую первый пучок лучей, дополнительную оптическую систему, формирующую второй пучок лучей, два основных и дополнительный фотоприемники, блок преобразования информации. Недостатки устройства следующие:при измерении больших (свыше 100 мм) перемещений устройство будет иметь большие габаритные размеры;
источник излучения должен быть достаточно мощным (лазер), т. е. будет значительна потребляемая мощность, кроме того, устройство практически не будет работоспособно в условиях воздействия механических факторов. Известен прибор для определения качества поверхности [2] содержащее осветитель, фоторезисторы, расположенные по дуге на внутренней поверхности корпуса, а осветитель установлен под углом к поверхности изделия. Недостатки указанного прибора аналогичны, кроме того, точность измерения будет невысока из-за дискретности измерения перемещений. Известен датчик линейных перемещений [3] содержащий источник света, оптическую систему и два фотоприемника, симметрично расположенных относительно источника излучения. Недостатки следующие:
при измерении продольных перемещений изменение углового положения контролируемого объекта, на котором закреплен отражатель, приведут к значительной погрешности измерения;
прибор может быть применен для измерения небольших перемещений (не более 100 мм);
для расширения диапазона необходимо использование лазера. Известен оптический дальномер [4] содержащий оптическую передающую систему в виде источника света, установленного в фокусе линзы малого диаметра в зеркальной трубке малого диаметра, оптическую приемную систему в виде приемника излучения, установленного в фокусе линзы большого диаметра в зеркальной трубке большого диаметра. Основной недостаток дальномера следующий:
небольшой диапазон измерения из-за значительной потери светового потока, идущего от объекта к приемнику излучения на передающей трубке. Наиболее близким по конструктивному исполнению к изобретению является устройство для измерения перемещений [5] содержащее четыре источника излучения, установленных таким образом, что их оптические оси пересекаются в фокусе объектива, в котором расположен фотоприемник. Недостатки такого конструктивного исполнения следующие:
световой поток светодиодов распространяется в пределах некоторого апертурного угла (например, для светодиодов ЗЛ107Б 60о). Пройдя через объектив, световой поток светодиодов, установленных не в фокусе линзы, будет распространяться не параллельным пучком, а также в пределах некоторого апертурного угла, причем основная часть светового потока, отраженного от отражателя, не попадает на фотоприемник, а рассеется в пространстве. Указанное устройство для измерения больших перемещений использовано быть не может;
так как светодиоды излучают попарно, то угловые отклонения отражателя приведут к значительной погрешности измерения продольных перемещений;
Конструктивное исполнение устройства из-за конечных размеров светодиодов требует применения длиннофокусной линзы. Иными словами, продольные габариты устройства будут значительны, что с одной стороны само по себе существенный недостаток, а с другой стороны увеличивается путь, пройденный отраженным световым потоком до фотоприемника (т. е. снижается диапазон измерения). Изобретение направлено на расширение диапазона измерения и повышение точности измерения продольных перемещений. Согласно изобретению в оптическом датчике перемещений, содержащем последовательно установленные фотоприемник и четыре светодиода, расположенных симметрично относительно его оптической оси, собирающую систему, в фокусе которой размещен фотоприемник и отражатель, предназначенный для закрепления на объекте, оптическая собирающая система выполнена в виде пяти линз, в фокусе соответственно четырех из которых расположены светодиоды таким образом, что их оптические оси направлены в сторону отражателя и образуют с оптической осью фотоприемника угол





AC



Тогда
tg






(2)
или





(3)
d2




(4) где fu фокусное расстояние линзы 4;

dпи внешний диаметр приемника излучения,
h расстояние между ближайшими точками торцовых поверхностей линзы приемника излучения и линзы источника излучения. Окончательно имеем







(5)
Размер h должен быть как можно меньше, его минимальный размер ограничивается способами крепления линзы. Если линзы завальцовываются, то h












(6)
Расчетным путем установлено, что, чем больше диапазон измерения, тем меньше угол





Класс G01B11/00 Приспособления к измерительным устройствам, отличающиеся оптическими средствами измерения