Фотоэлектрические растровые преобразователи

Рис.48. Линейный растровый фотоэлектрический преобразователь

В настоящее время для высокоточных измерений линейных и угловых перемещений в широких диапазонах (до 3 м) применяют растровые и дифракционные измерительные устройства. Основа растрового устройства – растр, представляющий собой стеклянную пластинку, на которой нанесены параллельные непрозрачные штрихи с шагом q от 0,1 до 0,001 мм, причем обычно ширина штриха равна ширине прозрачного участка. Соотношение между шириной штриха b и шириной зрачка a может быть различным. Чаще применяются растры, у которых ширина штриха равна ширине зрачка или ширина штриха во много раз меньше ширины зрачка (штриховые меры). Основой преобразователя является сопряжение растров – измерительного 12 и индикаторных 7 и 11. Длина измерительного растра несколько больше диапазона измерений (10 мм). Измерительный растр жестоко связан с подвижным стержнем 2, контактирующим с контролируемой деталью 1. Неподвижные индикаторные растры 7 и 11 подобны измерительному по шагу, но значительно меньше по длине. Растр 7 сдвинут по пространственной фазе на π/2 относительно растра 11 для определения направления перемещения растра 12 и возможности деления шага растра на 4. Измерительный и индикаторный растры совмещены таким образом, что их штрихи параллельны.

Растровые линейки для всех моделей изготовляются с шагом 20 и 40 мкм. Каждый импульс с фотоприемника соответствует перемещению индикаторного растра на шаг (т.е. 20 или 40 мкм). Дискретность же цифрового отсчета составляет у различных моделей от 0,2 до 10 мкм. Это достигается электронным делением периода следования импульсов с фотоприемника в интерполяторе в соответствующее число раз (от 2 до 100).

Круговой растровый фотоэлектрический преобразователь состоит из механического и оптоэлектронного узлов (рис.49). Механический узел включает в себя микровинт 1, преобразующий круговое вращение в продольное перемещение, один оборот соответствует шагу 1 мм.

Рис. 49. Круговой растровый фотоэлектрический преобразователь

Оптоэлектронный узел содержит подвижный 3 и неподвижный 4 растровые диски, четыре источника света 2 и четыре фотоприемника 5. Подвижной растровый имеет по окружности 1000 темных штрихов. На неподвижном растровом диске нанесена четыре группы штрихов, имеющие диаметрально противоположное расположение. Штрихи П группы сдвинуты относительно штрихов 1 группы на 90⁰+Т/4, штрихи III группы на 180⁰+Т/2, штрихи IV группы на 270⁰+3Т/4, где Т – шаг растрового диска. При вращении микровинта поворачивается подвижный растровый диск относительно неподвижного, при этом освещенность за растровым полем периодически изменяется, вызывая синусоидальные колебания тока в четырех фотоприемниках со сдвигом фаз 0⁰, 90⁰, 180⁰, 270⁰. Сдвиги фаз 0⁰ и 180⁰ в одном канале и 90⁰ и 270⁰ – в другом позволяют уменьшить влияние взаимного эксцентриситета растровых дисков.

Дифракционные решетки выполнены в виде чередующихся элементов треугольного профиля и работают в проходящем или отраженном свете. Можно наблюдать полосы как в нулевом, так и в более высоких спектральных порядках дифракции. Частота изменения освещенности на фотоприемниках определяется получается в несколько раз большей, чем частота решетки.

Дискретность отсчета, т.е. чередование полос на фотоприемнике равна 0,5 мкм при использовании прозрачной решетки с 300 элементами треугольного профиля на миллиметре.