Устройство для измерения линейных перемещений объектов

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ HSlfEPEНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТОВ, содержащее систему формирования интерференционных или муаровых полос , линейку фотоприемников, оптически связанную с системой формирования интерференционных или муа .ровых полос, последовательно соединенные блок Пространственной селекции фотоприемников и блок индикации, блок управления, подключенный входом к выходу блока пространственной селекции фотоприемников, и исполнительный узел, связанный механически с линейкой фотоприемников, соединенной с блоком пространственной селекции фотоприемников, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено сумматором, блок управления снабжен вторым и третьим входами, причем входы сумматора соединены с выходами линейки фотоприемников, а его выходы соответственно соединены с вторым и третьим входгши блока управления, а выход блока управления соединен с исполнительным элементом. 2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что блок управления выполнен в виде высоковольтного усилителя, компаратора, (Л дифференциального усилителя, коммутатора и фильтра низких частот, вход которого является первым входом блока управления, выход соединен с первым входом дифференциального усилителя и с информационным входом коммутатора, второй ч вход дифференциального усилителя 4ib является вторым входом блока управ « СП ления, выход соединен с первыми входами высоковольтного усилителя и компаратора, второй вход компаратора подключен к третьему входу блока управления, выход компаратора подключен к управляннцему входу коммутатора и к второму входу высоковольтного усилителя, выход которого является выходом блока управления .

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„Инта

А

004. С О1 В 21 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3652760/24-28 (22) 17. 10.83 (46) 23.08.85. Бюл. ¹ 31 (72) А.Н.Мотуз, А.И.Копоть, Б.В.Никульшин и В.В.Попов (71) Специальное конструкторскотехнологическое бюро с опытным производством Минского радиотехнического института (53) 531.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 781558, кл. G 01 В 11/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 894352, кл . G 01 В 11/00, G 02 F 2/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 996861, кл. G 01 В 11/00, G 02 F 2/00. 1983. (S4)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТОВ содержащее систему формирования интерференционных или муаровых полос, линейку фотоприемников, оптически связанную с системой форми- . рования интерференционных или муаровых полос, последовательно соединенные блок Пространственной селекции фотоприемников и блок индикации, блок управления, подключенный входом к выходу блока пространственной селекции фотоприемников, и исполнительный узел, связанный механически с линейкой фотоприемников, соединенной с блоком пространственной селекции фотоприемников, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено сумматором, блок управления снабжен вторым и третьим входами, причем входы. сумматора соединены с выходами линейки фотоприемников, а его выходы соответственно соединены с вторым и третьим входами блока управления, а выход блока управления соединен с исполнительным элементом.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок. управления выполнен в виде высоковольтного усилителя, компаратора, дифференциального усилителя, коммутатора и фильтра низких частот, вход которого является первым входом блока управления, выход соединен с первым входом дифференциального усилителя и с информационным входом коммутатора, второй вход дифференциального усилителя является вторым входом блока управления, выход соединен с первыми входами высоковольтного усилителя и компаратора, второй вход компаратора подключен к третьему входу блока управления, выход компаратора подключен к управляющему входу коммутатора и к второму входу высоковольтного усилителя, выход которого является выходом блока управления.

1174745

35

55

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений, амплитуд вибраций, линейных размеров деталей и т.д.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерений линейных перемещений объектов содержит систему 1 формирования интерференционных или муаровых полос, линейку

2 фотоприемников, связанную с ней, блок 3 индикации, блок, 4 пространственной селекции фотоприемников, входы которого подключены к линейке

2 фотоприемников и к входам сумматора 5, последовательно соединенные блок 6 управления, подключенный входом к выходу блока 4 пространственной селекции фотоприемников и исполнительный узел 7, связанный механически с линейкой 2 Фотоприемников, выходы сумматора 5 соединены соответственно с вторым и третьим входами блока 6 управления. Блок 6 управления выполнен в виде фильтра

8 низких частот, дифференциального усилителя 9, коммутатора 10, высоковольтного усилителя 1 1 и компаратора 12s фильтр 8 низких частот связан выходом с первым входом дифференциального усилителя 9 и информационным входом коммутатора 10 второй вход дифференциального усилителя 9 подключен к первому выходу сумматора 5, выход — к первым входам высоковольтного усилителя 11 и компаратора 12, соединенного вторым входом с вторым выхддом сумматора 5, а выход компаратора 12 подключен к управляющему входу коммутатора 10 и к второму входу высоковольтного усилителя 11.

Устройство работает следующим образом.

Из интерференционной картины, сформированной системой 1 формирования интерференционных или муаровых полос, выделяются 2 полосы: темная и светлая, которые проецируются на линейку 2 фотоприемников, причем ширина вырезанных полос устанавливается одинаковой и равной линейным размерам линейки 2 фотоприемников, на выходе которых формируются сигналы, пропорциональные распределению освещенности вдоль выделенного участка.

При виброперемещениях исследуемого объекта (не показан) происходит сканирование интерференционной полосы по фотоприемникам линейки 2, в результате чего на их выходах формируется электрический сигнал, среднее значение которого связано с пространственным положением фотоприемника линейки 2 относительно интерференционной полосы, а переменная составляющая связана с величиной виброперемещения и с пространственным положением фотоприемника линейки 2

Блок 4 пространственной селекции фотоприемников линейки 2 подключает к блоку 3 индикации тот фотоприемник линейки 2, который пространственно расположен на участке, соответствующем середине между максимальным и минимальным освещенностями интерференционной полосы.

Блок 3 индикации индицирует переменный электрический сигнал, ам- плитуда которого пропорциональная величине виброперемещений исследуемого объекта

При сканировании границы раздела между максимальной и минимальной освещенностями интерференционной полосы в пределах светочувствительной поверхности одного фотоприемника линейки 2 происходит искажение снимаемого с этого фотоприемника фотосигнала в случае, если сканирование происходит не относительно центра границы раздела светочувствительной поверхности фотоприемника линейки 2.

Постоянная составляющая сигнала, снимаемого с выхода указанного фотоприемника линейки 2, характеризует положение границы интерференционных полос на светочувствительной поверхности этого фотоприемника, что соответствует положению рабочей точки на передаточной характеристике, связывающей величину линейного перемещения интерференционной или муаровой полосы с величиной светового потока, падающего на фотоприемник. Сравнение значения постоянной составляющей напряжения сигнала, снимаемого в текущий момент с фотоприемника, с величиной напряжения, соответствующего положению рабочей

174, 4;

1Î

50

55 точки на середине линейного участка передаточной характеристики выбранного фотоприемника, позволяет более точно настроить центр границы раздела светочувствительной поверхности выбранного фотоприемника линейки 2 на место сканирования границы раздела интерференционной полосы и устранить искажение сигнала, снимаемого с выхода этого фотоприемника при измерении малых виброперемещений объекта, амплитуда колебаний которого не превышает величины линейного участка передаточной характеристики данного фотоприемника. Сравнение значений указанных напряжений и более точная ка стройка выбранного фотоприемника на место сканирования границы раздела интерференциокных полос осуществляется обратной связью, состоящей из блока 6 управления и исполнительного узда 7, HB IcoTopoN .закреплена линейка 2 фотоприемников, им не перемещаемая.

Сигнал с выхода блока 4 пространственной селекции фотоприемников поступает на вход фильтра 8 низких частот, с выхода которого постоян-. ная составляющая напряжения сигнала поступает на первый вход дифференциального усилителя 9, на второй вход которого подается напряжение с первого выхода сумматора 5, величина которого соответствует нахождению рабочей точки на середине линейного участка передаточной характеристики выбранного фотоприемника линейки 2. Эта величина равна (, wyge мин)

U сР 2 . И

1 и где — — количество фотоприемников

3.

I приходящихся на одну интерференционную полосу темную или светлую;

М вЂ” количество фотоприемников в линейке 2;

U « — величина напряжения с выхода фотоприемника, расположенного на светлой полосе;

U „„ — величина напряжения с выхода фотоприемника, расположенного на темной полосе.

Поскольку выделяются две полосы (темная и светлая) равной ширины, а количество фотоприемников, приходящихся на обе полосы одинаково, -.o rpH сканировании границы разде ". интерферекционных полос по линейке 2 фотоприемников сигналы с их выходов изменяются на одинаковую величину противофазно один другому, так что их сумма не изменяет" к величина 0 остается постосР .я.-.:=сй. При этом предполагается, что колебания контролируемого объек та происходят нормально к падающему. ка åão излучению, т.е. ширина вырезан-1ьж полос в процессе измерений ке измекяется.

В случае, если сканирование гракипы раздела интерференционных полос рагсходит не относительно центра границы раздела светочувствитель;ой †:»верх-: ости выбранного фотоприеикх::.а n»кейки 2, но на выходе дифференциального усилителя 9 появляется напряжение рассогласования, вen.-=IHHa которого прямо пропорциональна расстоянию от центра границы раздела светочувствительной поверхности выбранного фотоприемника линейки 2 до места положения точки ка с=".=à ò :î -. вствительной поверхности выбран-oгэ фотоприемника относительно которой происходит сканирование

=pa-. -.H::,û -=-:.=,.;"=T1à интерференциокных пслос. Зк.=к напряжения рассогласования опрецеляет направление перемещения.

Напряжение рассогласования с выхода дифференциального усилителя

9 через высоковольтный усилитель 11 подается ка вход исполнительного узла 7, Ico ToðüI:=I перемещает закрепленную =:a кем линейку 2 фотоприемников до тех пор, пока центр границы раздела светочувствительной поверхности выбранного фотоприемника линейки 2 не совпадает с точКой> OTHOCHTBJIIHO KOTOPOA IIPOHCXOPHT сканирование границы раздела интерферекционных полос. В момент, когда величина постоянной составляющей измеряемого сигнала совпадает с величиной напряжения, подаваемого с первого выхода сумматора 5, напряжение рассогласования становится равным нулю и перемещение линейки

2 фотоприемников прекращается.

Напряжение рассогласования с выхода дифференциального усилителя 9 поступает также ка первый вход компаратора 12, где сравнивается с ве1174745

Составитель Е.Глазкова

Техред О.Неце Корректор Л.Бескид

Редактор О.Черниченко

Заказ 5170/41 Тираж 651

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4 личиной напряжения, подаваемого на второй его вход с второго выхода сумматора 5. Величину этого напряжения выбирают равной по абсолютному значению величине разностиЦ„„„,-О, или ф „„- У (, т.е. среднему значению сигиала. If момент, когда величина напряжения рассогласования с выхода дифференциального усилителя 9 достигает значения величины напряжения, снимаемого с второго выхода сумматора 5, происходит срабатывание компаратора 12, выходной короткий импульс которого приводит к замыканию коммутатора 10 и к замыканию ключа в высоковольтном усилителе 1 1, через который происходит быстрый разряд его накопительных конденсаторов. При этом исполнительный узел 7 возвращает линейку 2 фотоприемников в исходное состояние;

Блок 4 пространственной селекции фотоприемников подключает к блоку

3 индикации следующий фотоприемник линейки 2, по которому сканирует граница разделаинтерференционных полос.

Далее процесс повторяется.

Действие на устройство таких дестабилизирующих факторов, как изменение яркости излучателя в процес- се измерений, чувствительности фотоприемников линейки 2 при температурных воздействиях и т.д., приводит к изменению уровня постоянной составляющей напряжения измеряемого сигнала с выхода фильтра 8 низких частот и уровня сигнала с

10 выходов сумматора 5, при этом сигнал, соответствующий их разности, снимаемый с выхода дифференциального усилителя 9 остается без изменения, что не вызывает перемещение линейки 2

15 фотоприемников и не приводит к искажению сигнала.

Использование предлагаемого сумматора вместо источника опорного на20 пряжения позволяет отследить постоянную составляющую сигнала и более точно настроить выбранный фотоприемник на границу раздела интерференционных полос при условии, даже если на устройство действуют дестабилизирующие факторы (изменения яркости, чувствительность фотоприемников и т.д. ) и., следовательно, повысить точность измерения вибро30 перемещений.