Диссертация (1026354), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Учитывая размеры существующих фотоприемников иминистика, наиболее вероятными являются схемы с 3, 4 и 6 фотоприемниками.Схемы с большим числом фотоприемником трудно реализуемы из-заограниченных размеров министика.Фотоприемник и следующая за ним измерительная схема преобразуютосвещенность в электрический сигнал, далее при помощи АЦП преобразуемыйв число. Для большинства фотоприемников (фотодиод, фототранзистор)выходной сигнал U линейно зависит от величины освещенности. Оцифровка спомощью АЦП также производится линейно. Поэтому сигнал фотоприемникаможно определить,гдепреобразования(2.52)– выходной сигнал i-того фотоприемника,АЦП,–коэффициент– коэффициентлинейнойзависимостифотоприемника, Ee– локальная энергетическая освещенность фотоприемника.Так как преобразование производится линейно, то для осуществленияматематического моделирования и оценки зависимости сигнала от входныхпараметров можно принять коэффициенты равными единице.Для министиков с общим фотоприемником и несколькими излучателямиформулы расчета будут аналогичными.
Так как свет изотропен и егопрохождение в одной и той же оптической системе не зависит от направления,то и значения, получаемые с использованием полученных формул, будутполностью справедливы и для этого типа министиков.Расчет положения рукоятки министика с тремя фотоприёмникамиНа Рисунке 2.14 представлена схема министика с одним светодиодом итремя фотоприёмниками. Для упрощения, фотоприёмники находятся на одной72окружности, в равном удалении друг от друга.
В центре окружностирасположен источник света.Рисунок 2.14. Схема министика с тремя фотоприемникамиПредставим значения АЦП ADC1, ADC2 и ADC3, считанные сфотоприёмников F1, F2 и F3 соответственно, как длины векторов, началакоторых расположены в точках расположения фотоприёмников, а направлениясовпадают с направлениями на источник света. Поместим начало координат вточку расположения источника света, а ось Y проведём в направлении,противоположном вектору с длиной ADC1 (см. Рисунок 2.14).Для суммы полученных векторовf 1( x1, y1) , f 2( x2, y 2) , f 3( x3, y3)можнозаписать:f 1 f 2 f 3 ( x1 x2 x3, y1 y 2 y3)(2.53)Зная углы между векторами и их модули, запишем:x1 0x2 ADC 2 sin(60 )x3 ADC3 sin(60 )y1 ADC1y 2 ADC 2 sin(30 )y3 ADC3 sin(30 )(2.54)73Подстановкой получим проекции результирующего вектора на оси X и Y:x ( ADC3 ADC 2) sin(60 )(2.55)y ( ADC3 ADC 2) sin(30 ) ADC1(2.56)Данная формула верна лишь в том случае, если фотоприёмникиабсолютноидентичны,расположенывстрогоопределённомместе,отражающая поверхность министика идеальна, и при нейтральном положениирукоятки министика показания фотоприемников одинаковы.
На практике этоневозможно.Поэтомутребуетсяввестикоэффициенты,определяющиенейтральное положение рукоятки министика:x (( ADC3 ADC30) ( ADC 2 ADC 20)) sin(60 )(2.57)y (( ADC3 ADC30) ( ADC 2 ADC 20)) sin(30 ) ( ADC1 ADC10)(2.58)где ADC10, ADC20, ADC30 – значения АЦП при нейтральном положениирукоятки министика.Расчет положения рукоятки министика с четырьмя фотоприёмникамиРисунок 2.14.
Схема министика с четырьмя фотоприемниками74В схеме с 4 фотоприемниками они располагаются на равном удалении отцентра под углом 90 градусом друг к другу, то есть непосредственно накоординатных осях X и Y. В этом случае расчет производится по формуламДляреальныхx ADC3 ADC1(2.59)y ADC 4 ADC 2(2.60)фотоприемниковнеобходимоввестикоэффициенты,определяющие положение рукоятки.x ( ADC3 ADC30) ( ADC1 ADC10)(2.61)y ( ADC 4 ADC 40) ( ADC 2 ADC 20)(2.62)где ADC10, ADC20, ADC30, ADC40 – значения АЦП при нейтральномположении рукоятки министика.Расчет положения рукоятки министика с шестью фотоприёмникамиНаРисунке2.15представленасхемаминистикасоднимсветоизлучателем и шестью фотоприёмниками.
Как и в предыдущем решении,фотоприёмники находятся на одной окружности, в равном удалении друг отдруга. В центре окружности расположен источник света.Рисунок 2.15. Схема министика с шестью фотоприёмниками.75Если, как в предыдущем примере, представить значения АЦП, считанныес фотоприёмников, как длины векторов, начала которых расположены в точкахрасположения фотоприёмников, а направления совпадают с направлениями наисточник света, а ось Y провести в направлении, противоположном вектору сдлиной ADC1 (см.
Рисунок 2.16), то для суммы полученных векторовf 2( x2, y2) , f 3( x3, y3) , f 4( x4, y 4) , f 5( x5, y5) , f 6( x6, y6)f 1( x1, y1) ,можно записать:f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f 6 ( x1 x2 x3 x4 x5 x6, y1 y 2 y3 y 4 y5 y6)(2.63)Зная углы между векторами и их модули, запишем:x1 0x2 ADC 2 sin(60 )x3 ADC3 sin(60 )x4 0x5 ADC5 sin(60 )x6 ADC 6 sin(60 )y1 ADC1y 2 ADC 2 sin(30 )y3 ADC3 sin(30 )y 4 ADC 4y5 ADC5 sin(30 )y6 ADC 6 sin(30 )(2.64)Подставляя (8) в (7), получаем проекции результирующего вектора на осиX и Y:Дляx ( ADC 6 ADC5 ADC3 ADC 2) sin(60 )(2.65)y ADC 4 ADC1 ( ADC3 ADC 2 ADC5 ADC 6) sin(30 )(2.66)реальныхфотоприемниковтребуетсяввестиопределяющие нейтральное положение рукоятки министика:коэффициенты,76x (( ADC 6 ADC 60) ( ADC 5 ADC50) (2.67)( ADC 3 ADC 30) ( ADC 2 ADC 20)) sin(60 )y ( ADC 4 ADC 40) ( ADC1 ADC10) (( ADC 3 ADC 30) (2.68)( ADC 2 ADC 20) ( ADC5 ADC50) ( ADC 6 ADC 60)) sin(30 )где ADC10, ADC20, ADC30, ADC40, ADC50, ADC60 – значения АЦП принейтральном положении рукоятки министика.2.3 Исследование влияния деформации упругодеформируемого элементаВ реальном министике рукоятка и светоотражающая поверхностьнемного деформируются.
Для исследования влияния деформации былопроведеномоделированиеупругодеформируемогоэлементавсистемеSolidWorks.Пакет SolidWorks предоставляет возможность статического анализадеформации. Линейный статический анализ рассчитывает силы перемещений,напряжения, нагрузки и реакции при воздействии приложенных нагрузок.Статический анализ в SolidWorks основан на следующих допущениях:покастатическом – нагрузки прикладываются медленно и постепенно,недостигнутсвоихполныхвеличин,поэтомупренебрегаютинерционными силами и силами демпфирования;допущении линейности – взаимоотношения между нагрузками ивызванными реакциями предполагаются линейными.По всему объему модели упругодеформируемого элемента цифровогоминистика была разбита равномерная сетка (Рисунок 2.16) на основе кривизны,состоящая из 9137 элементов, c общим количеством узлов – 14843.77Рисунок 2.16. Модель упругодеформируемого элемента цифровогоминистикаВ качестве крепления модели УДЭ была выбрана зафиксированнаягеометрия – нижняя грань УДЭ, прилегающая к печатной плате цифровогоминистика, и конические поверхности бобышек УДЭ (Рисунок 2.17).
Внешнейнагрузкой стала сила, действующая на верхнюю часть управляющей ручкицифрового министика, которая обеспечивает ее отклонение от первоначальногоположения на величину номинального диапазона отклонения рукоятки – 5 мм.Зафиксированная геометрияВнешняя нагрузкаРисунок 2.17. Модель упругодеформируемого элемента цифровогоминистикаДалее было произведено моделирование нажатия с отклонениемрукоятки от 1 до 5 мм с шагом 1 мм. Полученная деформированная деталь была78разрезана, после чего были произведены измерения угла наклона иместоположенияцентрасветовогопятна.Результатымоделированияпредставлены на Рисунке 2.18.Рисунок 2.18.
Деформация упругодеформируемого элементаРезультаты моделирования показали, что деформация накладки вноситэкспоненциальныеизменения: угол наклона светоотражающей поверхностиминистика и смещение пятна меньше, чем в случае с жесткой накладкой.(( )).(2.69)где: µ – расстояние между центрами излучателя и светового пятна, Кдеф –коэффициент деформации, hk – расстояние от излучателя до светоотражающейповерхности, Hp – длина рукоятки, L - величина отклонения рукоятки.2.4 Выводы по главеРезультаты второй главы диссертации заключаются в следующем:- была разработана математическая модель оптического министика длядвухмерного(однокоординатного),азатемдлятрехмерного(двухкоординатного) случая;- были определены выражения для расчета координат выходногосигнала для министиков с разным числом оптических элементов;79- проведеномоделированиедеформацииупругодеформируемойнакладки министика.Далеенеобходимопроизвестипроверкумоделиминистиканаадекватность, для чего нужно будет произвести моделирование министиковразличныхсхемисопоставитьрезультатымоделированиясэкспериментальным исследованием министиков.
Для экспериментальногоисследования необходимо разработать структуру и алгоритмы работыминистика, произвести техническую реализацию министиков, а такжеразработать методы и средства определения характеристик министиков. Этобудет сделано в следующих главах диссертации.80ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ И АЛГОРИТМОВФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ МИНИСТИКОВ, МЕТОДОВ ИАЛГОРИТМОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКИХМИНИСТИКОВ3.1 Разработка структуры и алгоритмов работы оптического министика3.1.1 Разработка структуры оптического министикаВ главе 2 было проведено моделирование чувствительного элементаминистика – оптической системы на основе излучателей света, приемниковсвета и упругодеформируемого полимерного элемента, функционирующего вкачестве модулятора светового потока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
