Устройство для измерения перемещений объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых и линейных перемещений, а также параметров вибраций различных объектов. Цель изобретения - повьшение точности измерений за счет автоматического вычисления коэффициента преобразования фотоприемника. Устройство содержит две пары фотоприемников, расположенных по ходу двух пучков лучей, полученных от источника излучения с гауссовьм распределением интенсивности в поперечном сечении пучка лучей при помощи светоделителя. Каждый фотоприемник в паре расположен на базовом расстоянии d от другого, а каждая пара фотоприемников расположена на разных расстояниях L и L от светоделителя для получения оптической разности хода. Сигнал U на выходе каждого фотоприемника пропорционален относительному смещению светового пятна на плоскости фотоприемника, поэтому каждая пара фотоприемников, размещенных на линейном участке гауссовой кривой преобразования, позволяет формировать сигнал, пропорциональный крутизне преобразования. Сигналы с каждой пары фотоприеьшиков поступают в идентичные измерительные каналы, на выходе которых получают в первом канале - величину А, смещения светового пятна на расстоянии L от светоделителя , во втором канале - величи- 2 ну А, смещения светового пятна на расстоянии L от светоделителя. На основании полученных величин в вычислительном блоке производится вычисление искомых величин углового и линейного перемещений. 3 ил. S (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU 252668

151) 4 С Ol В 2)/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblT (2)) 3870432/24-28 (22) 2).03.85 (46) 23.08.86. Бюл. ) 31 (72) В.А. Абрамов, В.Я. Башкевич, В.С. Зайчик, Н.А. Калганов, В,Г. ))орозов и В.)1. Скрипник (53) 531.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1)01673, кл. С 0) В 2)/00, )982.

Авторское свидетельство СССР

))с 1067353, кл. G 01 B 21/00, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗ) )ЕРЕНИЯ ПЕРЕИЕГ!ЕНИЙ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых и линейных перемещений, а также параметров вибраций различных объектов. Цель изобретения — повьппение точности измерений за счет автоматического вычисления коэффициента преобразования фотоприемника. Устройство содержит две пары фотоприемников, расположенных по ходу двух пучков лучей, полученных от источника излучения с гауссовъич распределением интенсивности в поперечном сечении пучка лучей при помощи светоделителя. Каждый фотоприемник в паре расположен на базовом расстоянии d от другого, а каждая пара фотоприемников расположена на раз«ых расстояниях L и Ь от светоде1 2 лителя для получения оптической разности хода. Сигнал U на выходе каждого фотоприемника пропорционален относ«тель«ому смещению светового пятна

«а плоскости фотоприемника, поэтому каждая пара фотоприемников, размещен— ных на линейном участке гауссовой кривой преобразования, позволяет формировать сигнал, пропорциональный крутизне преобразования. Сигналы с каждой пары фотоприемников поступают в идентичные измерительные каналы, на выходе которых получают в первом канале — величину А, смещения светового пятна на расстоянии L, от светоделителя, во втором канале — величину А2 смещения светового пятна на расстоянии L > от светоделителя. На основании полученных величин в вычислительном блоке производится вычисление искомых величин углового и линейного перемещений. 3 ил.

12 5?668!!зоГ ретечие относится к измерительной гех»»?»ке и может Г>ыть использова»»о для измерения угловых и линейньгх Iran ремещений, а также параметро?3 В»» бра»в?»?» pr»3 ?» r»»b»Y. об bPKToB, 5 !!ель изобретения — поньпиение точности измерений за счет автоматического вычисления коэффициента преобразован»»я фотоприем?»ика.

Иа фи» . иэображена функциональ- !О ная схема устройства; на фиг ° 2 схема расположения фотоприемников относительно гауссовой кривой распресиг»»ала, пропорционального кр тизне преобрэзова»»?»я; на фиг. 3 — схема блока вычисления.

Устройство содержит оптически связанные источник 1 излучения, отражатель 2 и светоделитель 3, пер— вый 4 и второй 5 фотоприемники, уста»»овг»е?»Hb»е на базовом расстоянии

0 оди»» от другого и составляющие первую пару фотоприемников, третий 6 и четвертый 7 фотоприемники, также установленные на расстоянии д один от другого и составляющие вторую пару фотоприемников. При этом расстояние между первой парой фотоприем?»?»ков 4 и 5 и светоделителем 3 составляет L,, а расстояние между второй парой фотоприемников 6 и 7 и светоделителем 3 — L<.

Устройство содержит также измери25

35 тельную схему, состоящую из двух измерите.»ьных каналов, первый из которых содержит последовательно соединенные первый блок 8 разности, первый аттенюатор 9, первый блок 10 деления, а второй — соединенные последовательно второй блок 11 разности, второй аттенюатор 12, второй блок 13 деления и вычислительный блок 14, два вьжода которого подключены к двум входам блока 15 индикации.

45

Причем фотоприемник 4 (6) подключен к первому входу первого 8 (второго ll) блока разности, а фотоприемник 5 (7) подключен к второму входу первого 8 (второго 11) блока разности и второму входу блока 10 (13) деления, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам вычислительного блока 14.

Устройство работает следующим образом, 50

55 деления интенсивности излучения источника света и получения вьгходного »5

Пучок света, форм»»!1уе?»ьп» истс чнико?» 1 излуче?»ия, направляется на отражатель 2, связанный с объектом.

Отраженный пучок делится светодели« .»ем 3 ?»а два г»учка, »» каждом из которых на линейном участке гауссовой кривой распределения интенсивности излучения установлены по паре фотоприемников 4 5 и 6, 7 (фиг. 2) на базовом расстоянии между фотоприемниками в паре, при этом D — диаметр светового пятна, г — текущее расстояние от пентра светового пятна, Lr, „(г) — величина с?»г?»ала на выходе каждого фотоприемника в зависимости от г

Сигнал с первого фотоприемника 4 поступает на первьп» вход первого блока 8 разности, а сигнал с второго фотоприемника 5 поступает на второй вход первого блока 8 разности и на второй вход первого блока 10 деления.

Сигнал с выхода первого блока 8 разности поступает на первьп» аттенюатор 9, где ослабляется в J раз и далее поступает на первый вход первого блока 10 деления. С вьгхода первого блока 10 деления сигнал поступает на первый вход вычислительного блока 14.

На второй вход блока 14 поступает аналогичный сигнал с второго канала измерения смещения светового пятна относительно фотоприемников на расстоянии L от светоделителя 3. С первого выхода блока 14 сигнал, пропорциональный линейному перемещению, поступает на первый вход блока 15 индикации, а со второго выхода блока 14 сигнал, пропорциональный угловому перемещению, поступает на второй вход блока 15 индикации.

При линейно-угловых перемещениях отражателя 2 на входе блока 14 формируются сигналы, пропорциональные линейному и угловому перемещениям и расстоянию от каждой пары фотоприемников 4, 5 и 6, 7 до светоделителя 3.

Сигнал L на вьжоде каждого фотоО г» приемника пропорционален относительному смещению А светового пятна на плоскости фотоприемника и крутизне

8 преобразования Ц „= А S, где S Ьа — коэффициент преобразования, равный отношению приращения »» г! на »» пряжения на вьгходе фотоприемника к величине г»г относительного смещения светового пятна на плоскости фотоприемника, вызывающей это приращение, 12526

Величина коэффициента преобрачова ния зависит от мощности излучения, диаметра светового пятна, расстояния между объектом и фотоприемниками

Изменение одного из указанных факторов влияет на точность измерения перемещений. Для повьппения точности из мерений в устройстве крутизна преобразования измеряется автоматически и учитывается при вычислении переме— щений.

Каждая пара фотоприемников 4, 5 и 6, 7, расположенных на базовом рас стоянии один от другого и размещенных на линейном участке гауссовой кривой преобразования, позволяет фор мировать сигнал, пропорциональный крутизне преобразования.

В первом канале измерения амплитуды смещения светового пятна на плоскости фотоприемников 4 и 5, расположенных на расстоянии L от свето1 делителя 3, сигнал величиной U

S = — (U -V ) и далее поступает на

Д «РО0 «рп5 первый вход первого блока 10 деления, на второй вход которого поступает сигнал величиной U с фото«pns приемника 5. На выходе первого блока 10 деления формируется сигнал

Uf ï5 4 11 рп5

А

«

5 который поступает на первый вход блока 14.

На второй вход блока 14 по вто40 рому каналу измерения амплитуды смещения светового пятна на плоскости фотоприемников 6 и 7, расположенных на расстоянии L, от светоделителя 3, поступает аналогично сигнал вели- чиной разом.

А

1У т U — 11

«Рп -« и 7

В блоке 14 формируются сигналы, пропорциональные х линейному и у угловому перемещениям, и подаются на входы блока 15 индикации

А — А, А — 1, — — -- т,i -Ь

Х

2 д

2 вдпй

1= .7

1 Л, — А

2 1. — 1.

2 де А — величина смешения с ветового пятна на расстоянии

5 от объекта;

Л вЂ” величина смещения светово2 го пятна на расстоянии 7

7 от объекта; — угол падения пучка лучей на отражающий элемент;

12 1!,= Ь2 1 оптическая раз ность хода лучей.

Блок 14 (фиг. 3) содержит первьп учел 16 разности, на первый вход ко15 торого подается сигнал А,, а выход его соединен с входом первого аттенюатора 17, второй узел 18 разности, на первый вход которого поступает сигнал Л, а на второй — А выход

7

20 второго узла 18 разности последовательно через второй аттенюатор 19 и масштабный усилитель 20 подключен к второму входу первого узла 16 разности.

25 Блок 14 работает следующим обРазностный сигнал А -А с выхода

2 1 второго узла 18 разности ослабляется вторым аттенюатором 19 в 2 (1 -1 )

2 раэ и в виде сигнала поступает на второй вход блока 15 индикации и на вход масштабного усилителя 20, где усиливается в 7, раэ и подается на второй вход первого узла 16 разности.

Разностный сигнал А -1

Лг А

2 1 с выхода первого узла 16 разности ослабляется первым аттенюатором 17 в 2 sine(раз и в виде сигнала х подается на первый вход блока 15 индикации.

В блоке 15 осуществляется инди— кация линейной х и угловой g составляющей перемещения.

Таким образом, в предлагаемом устройстве повыпается точность измерения за счет автоматического вычисления коэффициента преобразования фотоприемника, причем результат измерений не зависит от мощности излучения источника, диаметра светового пятна и расстояния объекта.

55формулаизобретения

I А - А — are tg — - — ->

2 ? — L

2 для малых углов устройство для измерения перемещений объекта, содержащее источник излучения с гауссовским распределением интенсивности в поперечном сечении пучка излучения, установленные последовательно по ходу пучка излучения отражатель, связываемый с объектом, светоделитель, предназначенный для разделения отраженного пучка излучения на два световых потока, первый и второй фотоприемники, установленные по ходу первого светового потока, третий фотоприемник, установленный по ходу второго светового потока, и измерительную схему, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьш ения точности измерений, оно снабжено четвертым дополнительным фотоприемником, при этом фотоприемники расположены первый от второго, третий от четверто12 52668 Ь го «а базовом расстоянии d и образуют соответственно две пары фотоприемников, каждая иэ которых установлена на расстоянии Е и Е от

1 нстоделителя, а измерительная схем» выполнена в виде двух измерительных каналов, каждый иэ которых состоит иэ соединенных последовательно блока разности, аттенюатора, бло10 ка деления, причем один фотоприемник каждой из пар соединен с первым входом блока разности, а другой — с вторыми входами блока разности и блока деления, вычислительного блока и

15 блока индикации, два входа которого соединены с двумя выходами вычислительного блока, к входам которого подключены соответственно первый и второй измерительные каналы. сРиг.1

1252668

Фиг.3

Составитель О. Несова

Редактор И. Бланар Техред M. Ходанич Корректор Л. Пилипенко

Заказ 4615/43 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4