Фотоэлектрические преобразователи

Фотоэлектрические датчики размера осуществляют преобразование изменения размера изделия в изменениелучистой энергии или направления светового потока, который затем с помощью различных фотоэлементов преобразуется в электрический сигнал.

Наибольшее распространение из-за их простоты по­лучили фотоэлектрические измерительные системы с диафрагмированием светового потока (рис. 2.27). В та­ком устройстве световой поток от источника света 1 через оптическую систему 2 и щелевую диафрагму 3 падает на фоторезистор 4. Щелевая диафрагма частично закрыта контролируемой деталью 6. Величина потока излучения, падающего на фотоэлемент, определяется размером детали. Этот поток вызывает определенной величины ток в микроамперметре 5.

Недостатки преобра­зователя, построенного по этой схеме: влияние на точность измерений ко­лебания яркости источника излучения, питающего напряжения, температуры. Кроме того, малая величина фототока не позволяет использо­вать такого рода схемы.

Рис. 2.27. Схема с переменной для целей автоматизации величиной светового потока контроля без усилителей.  

Так как ток и напряже­ние в цепи постоянные, то необходимо применять уси­лители постоянного тока, которые сложнее и работают менее стабильно, чем усилители переменного тока.

Если применять в фотоэлектрических измеритель­ных системах модулированный поток излучения, то можно использовать усилители переменного тока. Из многочисленных способов модуляции светового пото­ка наибольшее распространение получили способы мо­дуляции непосредственно у источника излучения. Для этой цели часто используют вращающиеся диски, с по­мощью которых получают модуляцию светового потока

в форме импульсов. Частота модуляции F_М светового пото­ка может быть определена по формуле

где п - частота вращения диска, мин^-; N - число про­зрачных окон в диске.

В качестве примера применения одного из модули­рующих устройств рассмотрим схему прибора, предназ­наченного для контроля поршневых колец (рис. 2.28). Свет от источника 1 проходит через оптическую систе­му 2 к модулирующему диску 3. Модулированный луч проходит через зазор между шаблоном 4 и контроли­руемым кольцом 5. Величина зазора ограничивает вели­чину потока излучения, падающего на фотоэлемент 6. Поэтому по величине потока можно судить о размере зазора и диаметре изделия.

Рис. 2.28. Схема устройства для контроля поршневых колец

Рис. 2.29. Фотоэлектрический преобразователь модели ПФС

При точных измерениях отказываются от определе­ния значений измеряемой величины по величине тока и применяют системы, в которых фиксируется лишь на­личие или отсутствие потока излучения. В таких уст­ройствах находятся обычно несколько фотореле, фото­элементы которых освещаются или затемняются при определенном положении указателя измерительного устройства. Работу таких устройств, предназначенных для сортировки деталей на большое ко­личество групп (до 50),рассмотрим на при­мере фотоэлектрического оптикатора (рис.2.29).

Измерительный стержень 1 подвешен на плоских пружинах 2 и связан с двойной витой ленточной пру­жиной 4, несущей на себе поворотное зеркало 3. Луч света от лампочки 5 проходит через систему линз 6 и диафрагму 7, отражается от зеркала 3, которое в зави­симости от размера детали 8, контактирующей с изме­рительным наконечником, поворачивается на опреде­ленный угол и попадает на соответствующий контроли­руемому размеру фоторезистор 9, а также освещает рас­положенное над этим фоторезистором деление шкалы.

Электрическая схема прибора представлена на рис 2.30.

Когда фоторезистор затемнен, напряжение смеще­ния, подаваемое с делителя R ₂ – R ₃ – R ₄ и резисторов R ₁ и R ₅ на сетку лампы, запирает ее, реле 1P обесточено.

Рис. 2.30. Электрическая схема прибора

При освещении фотосопротивления (ФС) потенциал сетки резко уменьшается, лампа открывается, возникает анодный ток, срабатывает реле 1P, подающее управляющую команду исполнитель­ным органам. Для запоминания этой команды реле 1P обеспечивает питание этого реле, минуя лампу.

Для предотвращения ложных срабатываний в мо­мент установки детали питание на ФС подается лишь в момент, когда деталь установилась на измерительную позицию с помощью контактов К₂.

Рассмотренные приборы выпускаются с ценой деле­ния от 0,5 до 5 мкм с количеством команд 20-50 ед. Погрешность не превышает 1/2 цены деления шкалы.

В настоящее время получили распространение рас­тровые системы с фотоэлектрическими преобразовате­лями. Растр (рис. 2.31) - это прозрачная линейка с че­редующимися светлыми и темными участками. L долж­на быть больше предела измерения.

Рис. 2.31. Элементы растрового сопряжения	Рис. 2.32. Схема расположения щелей диафрагмы оптической системы

Измерительное растровое сопряжение состоит из двух растров: измерительного и индикаторного. Инди­каторный растр аналогичен измерительному, но значи­тельно меньшей длины с шагом, равным шагу измери­тельного растра или несколько отличным от него. При­меняют растры с шагом от 1 до 0,05 мм.

Если наложить индикаторный растр на измеритель­ный под углом к линиям измерительного растра, то об­разуются комбинированные полосы с шагом G, то есть комбинационный растр (рис. 2.32).

При перемещении одного из растров относительно другого на шаг q комбинационные полосы переместятся на шаг G.

Наложение на растровое поле непрозрачной диа­фрагмы с щелями с шагом, равным шагу комбинацион­ного растра, позволяет получить при движении комби­национных полос относительно щелей световые импуль­сы, которые и являются источником информации кон­тролируемого перемещения. Для определения направле­ния перемещений используются дополнительные сигна­лы от растрового звена, сдвинутые по фазе. Это достига­ется за счет расположения диафрагм-щелей относитель­но комбинационных полос. Тогда электрические сигна­лы, поступающие в определенном порядке от четырех фотоэлектрических устройств, будут складываться счет­чиком импульсов в отсчетном устройстве при прямом перемещении комбинационных полос и вычитаться при их обратном ходе.

В качестве показывающих устройств в фотоэлектри­ческих схемах с растрами используются счетчики элек­трических импульсов.

Погрешность растровых систем в основном зависит от ошибки шага штрихов растра, последняя влияет на форму и положение комбинационных полос растрового сопряжения.

Дата добавления: 2014-01-07