Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Если же использо- вать лампы со специальной тонкой нитью накаливания, то на диске диаметром 100 мм можно различать свыше 10 000 таких сегмснтов. Дальнейшее увеличение разрешения достигается электрическими способами. Каждая дорожка диска имеет свой оптический канал — источник света (например, электролюминесцентный диод) и приемник (фототрапзистор). Выходной сигнал с приемника напряжением до 100 мВ при нагрузке 10 кОм служит для формирования логического си~нала заданного уровня. С этой целью обычно применяют триггеры Шмитта на базе операционных усилителей, создающие на выходной шине напряжения, соответствующие логическому О или 1.
Диапазон допустимых изменений выходного напряжения с приемников, при котором сохраняется требуемый уровень срабатывания, составляет 5...80 мв. ОДП подразделяют по двум основным признакам: по принципу считы- вания сигнала на относительные (накаш1ивающие) и абсолютныс (с абсо- Р: лютным отсчетом), а по способу кодирования на растровыс, импульсные, кодовые и комбинированные (прецизионные), Накапливающие преобразователи используют датчик и счетную систе- му, суммирующую отдельные приращения, а также репер (мстку), относи- ":~:-:;-::,'::::-.
тельно которого эти приращения суммируются. Абсолютные датчики нс содержат репера, их выполняют либо одношкальными, либо содержат сис,",."",.".:;::::. темы грубого и точного отсчета. 3.4.2. Растровые оптические датчики положения Растровые ОДП предназначены для преобразования линейных и угловых ~~;:=;::::::::: перемещений в цифровой код на основе использования растрового сопряже- ~-.;-;'-.::::., иия. Принцип их действия такой же, как у растровых ЭДП. Оптический растр представляет собой совокупность однотипных непрозрачных элементов, образующих периодическую структуру и воздействующих на поток лучистой энергии как единое целое.
Растр формируется при сопряжении кодирующих -.::., элементов датчика. Расположенные на них растровые решетки модулируют 3. Кииестетические датчики световой поток на пути от источника света к приемнику. Конструктивно растровая решетка представляет собой прозрачную пластину, на которую нанесено большое количество непрозрачных штрихов различной формы, обычно равноудаленных и параллелып.гх. Расгры ОДП гюдразделяют по двум основным признакам: по характеру воздействия на лучистый ноток и по геометрической структуре образующих элементов. В соответствии с первым признаком различают пропускающие и отражающие растры. Пропускающие растры представляют собой решетку из прозрачных и непрозрачных элементов, отражающие — решетку из элементов, зеркально отражающих свет.
В соответствии со вторым признаком различают растры, формируемые параллельными, сеточными, радиальными, кольцевыми и спиральными оптическими структурами. Для измерения линейных перемещений обычно используется сопряжение двух плоских параллельных растров, а для угловых — сопряжение радиальных растров. Растровое сопряжение получается наложением растровых решеток с малым постоянным зазором между ними. При этом штрихи одной рсшетки накладываются на штрихи другой, уменьшая плошадь прозрачных участков сопряжения. При совпадении темных штрихов площадь прозрачных штрихов растра остается без изменения. Возникающие темные и светлые полоски весьма малы, однако опи группируются и образуют различные, но достаточно широкие полосы, называемые комбинационными, или муаровыми (рис. 3,1б, а~.
Положение, форма и шаг комбинационных полос зависят от параметров сопрягаемых растров и их взаимного расположения. Собственно «муар-эффект» является результатом интерференции световых лучей от разных участков решетки. Он проявляется в виде волнистых или полосатых узоров, и заметен, например, прн воспроизведении телевизионных изображений регулярной структуры типа «солнца с лучами» или «диктора в полосатой рубашке». Основу растровых ОДП составляет растровое преобразующее звено.
Оно включает блок осветителя, создающий параллельный пучок света, растровое сопряженис из подвижного (измерительного) и неподвижного (индикаторного) растров и блок фотоприемников. Модулирующис свойства растрового сопряжения определяются структурой растра и характеризуются пропускающей способностью т~, = Ф/Ф0, где Ф, Ф0 — соответственно световой поток, прошедший через растровое сопряжение в пределах зрачка фотоприемника и падающий па него. В современных конструкциях значсние т~,~ достигает 0,9...0,95, В простейших параллельных растрах кроме т~ф выделяют сщс два параметра: и — шаг шкалы и 'у — относительное угловос смещение шкал.
Амплитуда потока Ф зависит от относительного перемещения растров практически синусоидально„во всяком случае выбором параметров сопряжения можно добиться синусоидального характера изменения лучистого потока. В ряде схем, наоборот, стремятся получить линейный закон измснения Ф от 0 в прсдслах некоторой зоны перемещений. Для таких растровых ОДП функцию преобразования можно представить в виде 3.4.
Фотоэ.текглрические даляики нололсенил а Рнс. 3.16. Схема растрового ОДП фирмы Майапа1 Епрпсеппп: '.,' а..— нрнмср растрового сопряжения; б — конструктивная схема; н — диаграмма напряжений; ~'. 2 — сООтвстстВснно индикаторная и измерительная пластины; 3 — муаровыс полосы; 4— иаркяр начала отсчета; 5 — отражающая решетка.; 6 — диафрагма; 7 — сканирующая голов":!' ка; 8 — осветитель; 9 — конденсор; 10 — фотоприемники 2к ~р= — 6 7 где ф — пространственная фаза ~о~би~ационн~Й по~осы.
Один из наиболее известных принципов построения растровых ОДП основан на применении однодорожечных пропускающих или отражающих решеток. На рис. 3.16, б представлен пример промышленного растрового ОДП с отражающей решеткой. Это датчик накапливающего типа, поэтому для определения абсолютного значения перемещения необходимо использование счетных и~пульсов. Здесь же выделена сканирующая ~~лоВ~а с четырьмя фотоприемниками. Диафрагма сканирующей головки содержит четыре щели, размещенные так, что выходные сигналы фотоприемников сдвинуты на четверть периода измерительной решетки. А В с Е р Рис. 3.17.
Растровый ОД11: а — схема формирования импульсов; 6 — диаграмма выходных напряжений сканирующей толовки, 1 — формирователи импульсов; 2 — усилители-инверторы; 3 — 5 — счетные импульсы (один, два и четыре импульса на оборот соответственно) СледстВием это о смещения яВлястся сдвиг по фазе и кВазисинусоидальных сигналов фотоприемников.
Так, компонента Уд сдвинута на 90 относительно У~ ~, а компоненты У~2 и Щ. имеют сдвиг на 180 по отношению к Ц ~ и У2~ ~рис. 3,!6, в). Фотоприемники соединены между собой попарно и дифференциально, так что в результате образуются двухтактные схемы Ц ~Л/~2 и У2~Л/22. Далее сигналы с этих схем поступают на соответствующий электронный каскад„включающий в себя формирователи прямоугольных импульсов (триггеры Шмитта), усилители и инверторы, преобразующие их в противофазные сигналы прямоугольной формы; В результате выходные ~~~~а~~ ~~емы 01 ~ЛУ~2 и~еют фазо~ыЙ сдвиг на 90 по отношению к выходным сигналам схемы УдЩ (рис; 3.17, а).
На рис. 3.17, б пред- 3.4, Фотоэлектрические Датчики положения Таблица 3.9 Сравнительная характеристика промышленных растровых ОДП К достоинствам растр логичность конструкции, :;.;;~--.'.;,';-'.:..' —,.- —.. накопление ошибок от ';='-',:;::,'::,::;;:-.'':::,потерю информации о пе "'-;,.:~,,:::::."; †::;=.-необходимость периодичн ,;:,'-;:::.,':::,:,::;-:,::;:;::,-'::.достоверного абсолютного оных ОДП можно отнести простоту и техно- малые габаритные размеры и массу, к недостаткам сбоев и помех в цепях реверсивного счетчика, ремещснии при отказе в цепи питания, а также ого определения начала отсчета ~для получения значения измеряемого перемещения).
125 ставлена диаграмма выходных напряжений датчика. Кривые А и  — сигналы, формируемые фотоприемниками, С и Š— тс же сигналы после триггера Шмитга, а О и Р' — после инвертирования. Последующие графики отражают временныс соотношения между сформированными счетными импульсами. Особенностью данной схемы является формирование нескольких счетных импульсов за один шаг ю решетки. С этой целью применяют одновибраторы, запускающиеся на положительных фронтах прямоугольных импульсов, образуя один, два либо четыре счетных импульса за один шаг. Максимальное быстродействие такого датчика ограничивается скоростью счета реверсивного счетчика импульсов.
Так, при четырех импульсах за щаг и частоте счетчиками' граничная скорость датчика составит 4 и 3"; Во всех схемах дополнительно к измерительной решетке предусматривается еще одна короткая дорожка для формирования фиксированной опорной мягки абсолютного положсния. Этот маркер привязан к квазиабсолютной системе отсчета и используется для восстановления показаний после. включения питания. Точность растрового ОДП определяется шагом и количеством растровых полос на 1 мм (или рад). У лучших датчиков и достигает 3...5 мкм, а количество полос составляет !0 000 на 1 мм. Разрешающая способность линейных растровых ОДП около (1...2) 10 мм. В табл. 3.9 представлены основные параметры некоторых известных моделей растровых ОДП.
3. Кинастеп|и кские оитчики ЗА.З. Импульсные оптические датчики положении Имлульсиыи ОДГ1 преобразует значение перемещения исполнительного механизма в уишиарный код, т. с. последовательность импульсов„число которых пропорционально перемещенгпо, Его оптическая шкала является модификацией растровой шкалы и содержит несколько дорожек, разбитых на дискретные (активные и пассивные) участки. Соврсменныс импульсные ОДП, как правило, включают следующие основные модули: оптикомеханическую систему (первичный преобразователь), электрическую схему считывания и схему определения знака (реверсивную схему).
Оптико-механические системы простейших импульсных ОДП выполняли безрсдукторными и содержали блок осветителя, кодирующую в|калу и фотоэлемент. В датчиках современных конструкций шкала содержит несколько дорожек и смещенных на нецелое число шагов фотоэлементов. При такой схеме значителыю уменьшается цена управляющего импульса, определяющая разрешающую способность датчика. Например, в датчиках фирмы 1'еггапй используются шкалы с 1250 — 10 ООО штрихами и два фотодиода, причем штрихи дорожек смещены между собой на четверть шага (рис. 3,18, а).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
