Шипулин Ю. Г. – д т. н., проф., Шипулин Ш. Ю. – докторант Ташгту,, Райимжанова О. С

УДК 628.511.621.38 Шипулин Ю.Г. – д.т.н., проф., Шипулин Ш.Ю. – докторант ТашГТУ,, Райимжанова О.С. – ст. преп. ФерГТУ
Shipulin Iu.G., Shipulin Sh.Iu., Hamdamov B.M., Rayimzhanova O.S.

ОБЪЕКТТЕРДИН ЖАНТАЙУУ БУРЧУНУН ИНТЕЛЛЕКТУАЛДЫК ЭКИ КООРДИНАТАЛЫК ОПТОЭЛЕКТРОНДУК КАЙТА

КУРУУЧУЛАР

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ДВУХКООРДИНАТНЫЕ

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ УГЛА НАКЛОНА ОБЪЕКТОВ

THE INTELLECTUAL TWO-DIMENSIONAL OPTOELECTRONIC CHANGERS WITH DECLIVITY ANGLE OF OBJECTS

Ushbu maqola ikki koordinatali egilish burchagi rekonstruksiyalarini o'rganishga bag'ishlangan va bir turdagi rekonstruksiyalarning fizik modeli taqdim etilgan. Ikki koordinatali fotorezistiv rekonstruktor mikroprotsessorining ob'ektlarning moyillik burchagini o'lchash sxemasi ham taqdim etilgan.


Данная статья посвящена исследованиям двух координатных преобразователей угла наклона, показана физическая модель одного из видов преобразователей. Также рассмотрена микропроцессорная измерительная схема оптоэлектронного двух координатного фоторезистивного преобразователя угла наклона объекта.

Given article is devoted to researches of two-coordinate changers with declivity angle, the physical model of one of kinds of changers is shown. Also the microprocessor measuring circuit optoelectronic the two-coordinate photo resistive changer with declivity angle of object is considered.

Двух координатные преобразователи угла наклона используются для контроля и управления различными машинами, транспортными средствами, строительными механизмами, а также для контроля и позиционирования солнечных концентраторов и фотоэлектрических преобразователей.

Известны двух координатные преобразователи угла наклона на основе различных принципов построения: электромагнитные; оптоэлектронные, резистивные, электропроводности [1-3] и другие. Среди вышеуказанных двухкоординатных преобразователей угла наклона наиболее перспективными являются оптоэлектронные, преобразователи с фоторезистивными или фотодиодными элементами, которые имеют ряд достоинств: высокую чувствительность и точность, быстродействие, надёжность, взрывобезопасность, высокая защита от электромагнитных полей и другие.
Среди двухкоординатных оптоэлектронных преобразователей недостаточно исследованы и реализованы преобразователи с подвижными конусообразными полыми световодами сопряженных с точечными источниками излучения (рис. 1), которые в сочетании с четырьмя взаимно перпендикулярно расположенными дугообразными фоторезистивными приемниками излучения 3, 4, 5 и 6 позволяют создавать эффективную конструкцию двух координатного оптоэлектронного преобразователя с микропроцессорной системой обработки результатов контроля и управления углов наклона различных объектов.
На основе физической модели оптоэлектронного двух координатного преобразователя угла наклона, (рис. 1) можно проанализировать статическую характеристику отдельной однокоординатной части, например, по осям [-x, x], состоящие из источника излучении 1 с конусным полым световодом 2 и дугообразными фоторезистивными приемниками излучения 3 и 4 с сопротивлениями R_фр3 и R_фр4.
Учитывая, что диапазон углов наклона бывает небольшим для анализа выберем пределы угла наклона от 0 до 10 град. Начальной точкой угла наклона является центр прямоугольной системы координат 0 (φ = 0) (рис. 1 а, б). В исходном положении, когда φ = 0 световое пятно 7 от источника излучения 1 одинаково по половине освещает все фоторезисторы в пределах углов -10 град и 10 град (рис. 1 а, б) и центр светового пятна 7 совпадет с центром прямоугольной системы координат.
Обозначим темновые сопротивления фоторезисторов через R_фр3т и R_фр4т, а световые сопротивления через R_фр3с и R_фр4с. Введем удельные на единицу длины угла темновое сопротивление r_т, считая, что темновые сопротивления всех фоторезисторов равны
^Rфр3т ^{= R}фр4т ^{= R}фр5т ^{= R}фр6т ⁽¹⁾
и

(2)
Аналогично введём удельное на единицу угла световое сопротивление при

^Rфр3с ^{= R}фр4с ^{= R}фр5с ^{= R}фр6с ⁽³⁾ (4)


а) б)
Рис. 1. Физическая модель оптоэлектронного двух координатного преобразователя с четырьмя распределенными фоторезистивными приемниками излучения расположенных вдоль координат х₁ – х и у₁: 1 – сосредоточенный ИИ; 2 – конусообразный полый световод; 3,4,5 и 6 – распределенные дугообразные фоторезистивные приемники излучения; 7 – световое пятно; 8 – корпус преобразователя; 0 – центр прямоугольных координат; 0₁ – точка подвеса конусообразного световода 2 с ИИ 1

В исходном положении преобразователя (φ = 0) сопротивлении R_фр3 и R_фр4 равны

R_фр3 = 10 r_c + 10 r_т (5)
R_фр4 = 10 r_c + 10 r_т (6)
При повороте преобразователя на угол наклона по часовой стрелке суммарные сопротивления фоторезисторов R_фр3 и R_фр4 будут равны
R_фр3 = (10 – φ) r_c + (10 + φ) r_т (7)
R_фр4 = (10 + φ) r_c + (10 – φ) r_т (8)
Согласно рис. 1, б для определения координаты перемещения уже наклона φ (центра 0 светового пятна 7) необходимо применить такую измерительную схему, которая давала бы отдельно значения напряжений по всем координатным осям, а именно: U_х; - U_х; U_у; - U_у. В качестве таких
измерительных схем по простоте наиболее пригодны делительные схемы, в плечи которых включаются фоторезисторы R_фр3, R_фр4, R_фр5 и R_фр6 (рис.2).
Анализ изменения выходного напряжения делительных схем, например, напряжения U_x на основе сопротивлений R_фр3 и R₁ в диапазоне изменений угла наклона от – 5 град до + град показывает, что статическая характеристика имеет достаточную линейность. При следующих данных: R_фр3Т = 10.000 Ом; R_фр3С = 100 Ом; r_c = 5 Ом/град; r_T = 500 Ом/град и R₁ = 5050 Ом статическая характеристика имеет вид
U_вых=5-k*φ (9)
где: к = 0,2.

Рис. 2. Микропроцессорная измерительная схема оптоэлектронного двухкоординатного фоторезистивного преобразователя угла наклона объекта



Рис. 3. Схема расположения светового пятна и его центра [А(х,у₁)] в прямоугольной системе координат
Рис. 4. Блок-схема алгоритма определения координат угла наклона φ Использую четыре делительные схемы с фоторезисторами R_фр3,
R_фр4, R_фр5, R_фр6 на рис. 2 и нагрузочных сопротивлений R₁, R₂, R₃, R₄ приведена измерительная схема двухкоординатного оптоэлектронного фоторезистивного преобразователя, состоящие из: операционных
усилителей ОУ₁, ОУ₂, ОУ₃ и ОУ₄; четырёх аналого-цифровых преобразователей АЦП₁, АЦП₂, АЦП₃ и АЦП₄; микропроцессора МП и устройства отображения визуальной информации УОВИ.
На рис.3 приведен экран УОВИ, в котором показаны исходное положение кругового световода пятна 1 и круговое световое пятно 2 при наклоне преобразователя на угол φ.
Измеренные значения выходных напряжений – U _х и U _х отложены на оси [-х,х], а выходные значения напряжения – U _у и U _у отложены на оси [-у,у].
Положение точки х₁ определяется из выражения
(10)
Положение точки у₁ равно
(11)
Координату центра светового круга 2 по оси [0,х] находим из выражения
0,x₁=√R²-[y₁,U_y]² (12)
А координата центра светового круга 2 по оси [0,у] находим из выражения
0,y₁=√R²-[x₁,U_x]² (13)
При известных [0,х₁] и [0,у₁] Модуль угла φ равен 0А
0A=√(0x₁)²+(0y₁)² (14)
(15)
и величина угла φ равна


(16)
На основании вышеизложенного на рис.4. приведена блок-схема алгоритма определения величины и направление угла наклона φ.

Литература:

1. 
   Аниксим Д.А. Высокоточные угловые измерения [Текст] / [Д.А. Аниксим и др.]. – М.: Маниностроение, 1987. – 480 с.
   
2. 
   Карпов Е.М. Измерительные преобразователи с двумя ситепенями свободи [Текст] / Е.М. Карпов. – М.: Энергия, 1972. – 104 с.
   
3. 
   Кравцов Н.В. Позиционно – чувствительные датчики оптических следщих систем [Текст] / Н.В. Кравцов, Ю.В. Стрельников. – М.: Наука, 1969. – 117 с.