Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений, амплитуд вибраций и линейных размеров. Целью изобретения является повышение точности и расширение динамического диапазона путем исключения погрешностей от внешних помех. Устройством фиксируется перемещение при анализе интерференционной картины и регистрации ее при помощи линейки фотоприемников, при этом повышается точность при расширении диапазона благодаря тому, что фотоприемники линейки располагаются под углом 45° к границе раздела выделенных интерференционных полос, светочувствительные поверхности фотоприемников линейки объединены через волоконно-оптический жгут с объединенным входным торцом, фотоприемники включены попарно по дифференциальной схеме и применена система автоматической регулировки усиления. 1 3. п. ф-лы, 1 ил. к ю QO сд | NU

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G01 В21 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3727430/24-28 (22) 13.04.84 (46) 07.05.86. Бюл. № 17 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством

Минского радиотехнического института (72) А. Н. Мотуз, Б. В. Никульшин, В. Н. Шульга и Л. Н. Морозевич (53) 531.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 781558, кл. G 01 В 11/00, 21/00, 1976. (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙ

СТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений, амплитуд вибраций и линейных размеров.

„„SU„„1229574 А 1

Целью изобретения является повышение точности и расширение динамического диапазона путем исключения погрешностей от внешних помех. Устройством фиксируется перемещение при анализе интерференционной картины и регистрации ее при помощи линейки фотоприемников, при этом повышается точность при расширении диапазона благодаря тому, что фотоприемники линейки располагаются под углом 45 к границе раздела выделенных интерференционных полос, светочувствительные поверхности фотоприемников линейки объединены через волоконно-оптический жгут с объединенным входным торцом, фотоприемники включены попарно по дифференциальной схеме и применена система автоматической регулировки усиления. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1229574

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

Целью изобретения является повышение точности и расширение динамического диапазона измерений за счет исключения влияния на информационный сигнал внешних помех.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит систему 1 формирования интерференционных или муаровых полос, линейку 2 фотоприемников, блок 3 автоматической регулировки усиления (АРУ), блок 4 формирователей и блок 5 индикации. АРУ состоит из узла 6 усилителей, узла 7 управления, схемы 8 сравнения, источника 9 опорных напряжений, сумматора 10, узла 11 дифференциальных усилителей.

На выходе системы 1 установлена линейка 2 фотоприемников, выходы которой электрически связаны с входами блока 3

АРУ, где соединены с основными входами узла 6 усилителей, выходы которых соединены с входами сумматора 10 и с входами уз.ла 11 дифференциальных усилителей, выходы которого соединены с основными выходами блока 3 АРУ, которые соединены с основными входами блока 4 формирователей, выход сумматора 10 соединен с первым входом схемы 8 сравнения, а его второй вход с одним из выходов источника 9 опорных напряжений, выходы которого соединены с дополнительными входами блока 4 формирователей, выходы которого подключены к входам блока 6 индикации, а выход схемы 8 сравнения через узел 7 управления подключен к управляющему входу узла 6 усилителей.

Система 1 служит для формирования интерференционных полос и состоит из источника монохроматического излучения, светоделителя, опорного зеркала, расширителя излучения и щелевой диафрагмы (не показаны), линейка 2 фотоприемников служит для преобразования оптического сигнала в электрический и содержит систему электрически изолированных фотоприемников, блок 3 АРУ служит для поддержания постоянным уровня сигналов на входах блока 4 формирователей, узел 6 усилителей содержит усилители, коэффициент передачи которых может изменяться под действием управляющего напряжения с выхода узла 7 управления, который содержит усилитель и элемент согласования выхода усилителя с управляющими входами полевых транзисторов (не показаны) в узле 6 усилителей, блок 4 формирователей служит для преобразования ана логового сигнала в цифровой и содержит ряд усилителей (представляющих собой компараторы), одни из входов которых подключены к основным выходам блока 3 АРУ, 5

35 а другие входы подключены к дополнительным выходам блока 3 АРУ, и управляемые инверторы (не показаны).

Устройство работает следующим образом.

Из интерференционной картины, сформированной системой 1 формирования интерференционных полос, выделяются две полосы: темная и светлая, которые проецируются на линейку 2 фотоприемников, на выходе которой формируются сигналы, пропорциональные распределению освещенности вдоль выделенного участка. Расстояние между крайними фотоприемниками линейки 2 равно периоду интерференционной или муаро вой полосы, а количество фотоприемников, приходящихся на ширину обоих полос, выбирается одинаковым.

С целью расширения динамического диапазона измерений с сохранением ширины вырезанных полос, фотоприемники линейки

2 располагаются под углом 45 по отношению к границе раздела выделенных полос, что позволяет увеличить количество фотоприемников, приходящихся на ширину выделенной полосы, и тем самым повысить разрешающую способность устройства.

С этой же целью светочувствительные поверхности фотоприемников линейки 2 объединены через волоконно-оптический жгут с объединенным входным торцом, что позволяет исключить промежутки между фотоприемниками линейки 2 и сделать ее сплошной на всем участке измерений. Для автоматической компенсации любого дрейфа в уровне постоянной составляющей сигнала, вызываемого, например, температурной зависимостью чувствительности фотоприемников, изменением яркости излучения и т. п., фотоприемники линейки 2 включаются попарно по дифференциальной схеме через узел 6 усилителей к входам узла ll дифференциальных усилителей, т. е. ФП с ФП (+ 1), ФП с ФП (- + 2) и т. д., где N — число фотоприемников в линейке 2.

При линейных перемещениях контролируемого объекта происходит перемещение границы раздела интерференциальных полос по фотоприемникам линейки 2, в результате чего на их выходах формируется электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна величине перемещений, а фаза связана с пространственным положением фотоприемников в линейке 2. Для исключения влияния на амплитуду выходного сигнала, снимаемого с выходов узла 6 усилителей, вредных воздействий, таких как измененйе яркости излучателя, чувствительности фотоприемников при температурных воздействиях и т. и., предусмотрена автоматическая регулировка коэффициента передачи усилителей в узле 6. Для этого сигналы с выходов узла 6 усилителей поступают на входы сумматора 10, с выхода которого снимается постоянный уровень напряжения, величина которого остается неиз1229574

Формула изобретения

40

50 менной при перемещении интерференционных полос по линейке 2 фотоприемников, так как число фотоприемников, приходящихся на ширину светлой и темной интерференционных полос одинаково, а ширина вырезанных полос равна линейным размерам линейки 2 фотоприемников и увеличение сигнала с выхода фотоприемника, находящегося на темной полосе, приводит к такому же уменьшению сигнала с выхода фотоприемника, находящегося на светлой полосе, а их сумма остается постоянной. В случае действия на устройство вредных воздействий происходит одинаковое изменение сигнала с выходов всех фотоприемников линейки 2, что ведет к изменению уровня напряжения на выходе сумматора 10. Схема 8 сравнения представляет собой дифференциальный усилитель, на один вход которого поступает сигнал с выхода сумматора 10, а на второй вход — опорное напряжение с источника 9, величина которого выбирается равной значению напряжения с выхода сумматора 10 в момент начала измерений. В случае отсутствия вредных воздействий сигнал на выходе схемы 8 сравнения равен нулю, а при их воздействии появляется сигнал рассогласования, величина которого пропорциональна внешним воздействиям, а знак напряжения рассогласования указывает в какую сторону происходит изменение сигнала с выходов фотоприемников (увеличивается или уменьшается).

Сигнал с выхода схемы 8 сравнения через узел 7 управления подается на управляющие входы полевых транзисторов в узле 6 усилителей, изменение сопротивления которых приводит к изменению коэффициента передачи усилителей в узле 6 так, что уменьшение напряжения с выхода сумматора 10 приводит к увеличению коэффициента передачи усилителей, а увеличение — к уменьшению его.

Таким образом, на выходе узла 6 усилителей формируются сигналы, амплитуда которых определяется только линейными перемещениями объекта и не зависит от вредных воздействий на устройство.

Определив максимальное и минимальное значения информационных сигналов, снимаемых с основных выходов блока 3 АРУ, при возможных перемещениях контролируемого объекта, и, разбив диапазон изменений информационных сигналов на ряд дискретных уровней с шагом квантования AU, можно значительно увеличить разрешающую способность устройства, а тем самым расширить динамический диапазон измерений без значительного увеличения количества фотоприемников в линейке 2, что в конечном итоге позволяет повысить точность измерений.

<0

Зо

Источник 9 опорных напряжений имеет ряд выходов, напряжение на которых изменяется с шагом на AU, от минимального до максимального значения информационных сигналов.

Напряжения с выходов источника 9 подаются на один из входов усилителей в блоке 4 формирователей, на вторые входы которых подаются информационные сигналы с основных выходов блока 3 АРУ и при превышении информационным сигналом величины опорных напряжений, с выходов усилителей в блоке 4 формирователей поступают прямоугольные импульсы, которые сосчитываются блоком 5 индикации. Число импульсов пропорционально величине перемещения.! . Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений, содержащее систему формирования интерференционных или муаровых полос, линейку фотоприемников, связанную с ней, блок формирователей с усилителями и блок индикации, выходы линейки фотоприемников подключены через блок формирователей к входам блока индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения динамического диапазона измерений, оно снабжено блоком автоматической регулировки усиления, входы которого подключены к линейке фотоприемников, а основные выходы соединены с входами блока формирователей, в блоке формирователей усилители снабжены дополнительными входами, которые подключены к дополнительным выходам блока автоматической регулировки усиления.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок автоматической регулировки усиления выполнен в виде узла усилителей, узла управления, схемы сравнения, источника опорных напряжений, сумматора и узла дифференциальных усилителей, основные входы узла усилителей являются входами блока автоматической регулировки усиления, выходы узла усилителей соединены с входами сумматора и с входами узла дифференциальных усилителей, выходы которого являются основными выходами блока автоматической регулировки усиления, выход сум матора соединен с первым входом схемы сравнения, а его второй вход — с одним из выходов источника опорных напряжений, другие выходы которого являются дополнительными выходами блока автоматической регулировки усиления, а выход схемы сравнения через узел управления подключен к управляющему входу узла усилителей.

1229574

Редактор В. Иванова

Заказ 2223/39

Составитель Е. Глазкова

Техред И. Верес Корректор М. Максимишинец

Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4