Оптико-электронный измеритель вибраций

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобрет ения - повышение чувствительности устройства путем увеличения площади светочувствительной области фотоприемника и придания ей оптимальной формы. Пучок света направляется на отражатель 2, связываемый с объектом. Отраженный пучок делится светоделителем 3 на первый и второй световые потоки, первый световой поток делится вторым светоделителем 4, установленным на расстоянии 1, от первого светоделителя 3, на третий и четвертый световые потоки, световой поток делится третьим светоделителем 5, установленным на расстоянии 1 от первого светоделителя 3, на пятый и шестой потоки. Каждый из сформированных световых потоков преобразуется соответствующими фотоприемниками 6-9, выполненными в виде сегментов, в электрический сигнал. В измерительной схеме по сигналам с выходов фотоприемников определяется величина углового и линейного виброперемещений объекта. 4 ил. ш (/

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5D4 G О! В 21 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4290806/24-28 (22 ) 27. 07. 87 (46) 23.02,89. Бюл. N - 7 (72) В.А.Абрамов, В.Г.Калиниченко, Е.И.Лапицкий, В.А,Рыбин, В.M.Скрипник и И.И.Савчанчик (53) 531 .7. 717(088.8) (56 ) Авторское свидетельство СССР

В 1252668, кл. G 01 В 21/00, !985, (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЬ!Й ИЗМЕРИТЕЛЬ

ВИБРАЦИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения— повышение чувствительности устройства путем увеличения площади светочувствительной области фотоприемника и придания ей оптимальной формы. Пучок света направляется на отражатель 2, связываемый с объектом. Отраженный

„„SU„„3460608 А1 пучок делится светоделителем 3 на первый и второй световые потоки, первый световой поток делится вторым светоделителем 4, установленным на расстоянии 1, от первого светоделителя 3, на третий и четвертый световые потоки, световой поток делится третьим светоделителем 5, установ" ленным на расстоянии 1 от первого светоделителя 3, на пятый и шестой потоки. Каждый из сформированных световых потоков преобразуется соответствующими фотоприемниками 6-9, выполненными в виде сегментов, в электрический сигнал. В измерительной схеме по сигналам с выходов фотоприемников определяется величина углового и линейного виброперемещений объекта. 4 ил.

)460608

30

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для измерений перемещений и амплитуды угловых и линейных вибраций различных объектов.

Цель изобретения — повышение чувствительности измерителя путем увеличения площади светочувствительной области фотоприемника и придания ей оптимальной формы, На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2— схема расположения фотоприемников относительн оси пучка; на фиг.3— зависимость И (х) сигнала на выходе фn фотоприемника от величины смешения х светового пятна на плоскости фотоприемника при разных формах его светочувствительной поверхности; на фиг. 4 - схема блока вычисления.

Устройство содержит источник 1 излучения, оптически связанные отражатель 2, первый 3, второй 4 и третий

5 светоделители, установленные под

0 углом. 45 к первому и второму световым потокам соответственно, выходящих из первого 3 светоделителя, первый 6 и второй 7 фотоприемники, образующие первую пару, третий 8 и четвертыи 9 фотоприемники, образующие вторую пару. Фотоприемники в каждой паре установлены на одинаковом расстоянии 1 от светоделителей.;, Первая пара фотоприемников установлена на расстоянии L<=1, +1, а вторая — íà расстоянии L =1 +1 от первого светоделителя 3, таким образом, чтобы обеспечивалась необходимая оптическая разность хода лучей gL=L -Ь, (фиг.1) °

В каждой паре фотоприемников один установлен по оси светового потока, а другой смещен на расстояние 6, обеспечивающее определение крутизны преобразования.

Устройство также содержит измерительную схему, состоящую из двух измерительных каналов, первый из которых содержит последовательно соединенные первый блок 10 разности, первый аттенюатор 1 1, первый блок 12 деления, а второй - соединенные последовательно второй блок 13 разности, второй аттенюатор 14, второй блок

15 деления и вычислительный блок 16, два выхода которого подключены к двум входам блока 17 индикации.

Причем фотоприемник 6(8) подключен к первому входу первого 10 (второго с

13) блока разности, а фотоприемник

7(9) — к второму входу первого 10 (второ о 13) блока разности и второму входу блока 12(!5) деления, выходы которых подключены соответственно, к первому и второму входам вычислительного блока 16. Блок 16 (фиг. 4) содержит первый блок 18 разности, на первый вход которого подается. сиг нал А<, а выход его соединен с входом первого аттенюатора !9, второй блок

20 разности, на первый вход которого поступает сигнал А, а на второй—

А,, выход второго блока 20 разности последовательно через второй аттенюатор 21 и масштабный усилитель 22 подключен к второму входу первого блока 18 разности.

Устройство работает следующим образом.

Пучок света, формируемый источником 1 излучения, направляется на отражатель 2, связанный с объектом.

Отраженный пучок лучей делится первым светоделителем 3 на первый и второй световые потоки, первый световой поток делится вторым светоделителем

4, установленным на расстоянии l от первого светоделителя 3, на третий и четвертый световые потоки, второй световой поток делится третьим светоделителем 5, установленным на расстоянии 1 от первого светоделителя, 3, на пятый и шестой световые потоки. В первом 6 и втором 7, третьем 8 и четвертом 9 фотоприемниках, установленных соответственно в третьем и четвертом, пятом и шестом световых потоках, образуется сигнал V „(х), величина которого зависит от х положения светового пятна на плоскости фотоприемника. В каждой паре фотоприемников образуется разность в амплитудах сигналов, обусловленная смещением одного иэ фотоприемников относительно оси светового потока.

Сигнал с первого 6 фотоприемника поступает на первый вход первого бло= ка 10 разности, а сигнал с второго 7 фотоприемника поступает на второй вход первого блока 10 разности и на второй вход первого блока 12 деления.

Сигнал с выхода первого блока 10: разности поступает на первый аттенюатор 11, где ослабляется в d. раз, и: далее поступает на первый вход первого блока 12 деления. С выхода первого блока 12 деления сигнал поступает световое пятно при вибросмещениях не попадает, имела минимальную площадь, Полагая, что смещение светово5 го пятна по координатам х и у равно. вероятно, то оптимальной формой будет сегментная, так как при этом нерабочая поверхность будет иметь минимальную площадь.

Каждая пара фотоприемников 6 и 7, 8 и 9, расположенных относительнодруг друга на базовом расстоянии d позволяет формировать сигнал, пропорциональный крутизне преобразова15

В первом канале измерения амплитуды смещения светового пятна на плоскости фотоприемников 6 и 7, расположенных на расстоянии L «1 +1 от пер1 вого фотоделителя 3, сигнал величиной Ц „ -Н,„ (где Н Н вЂ” величина фкцб > фП7 сигнала на выходах фотоприемников

6 и 7) с выхода первого блока 10 разности, пропорциональный крутизне пре2В образования, поступает на первый аттенюатор 11, где преобразуется в величину, равную крутизне преобразования

S=1/d(U„„,-U ), 30 ф б фП7 и далее поступает на первый вход первого блока 12 деления, на второй вход которого поступает сигнал величиной

Б „ с дютоприемника 7. На выходе первого блока 12 деления формируется сигнал

НфР7 Н фй7

А7 =

Upend фц7 который поступает на первый вход блока 16.

На второй вход блока 16 по второму каналу измерения амплитуды смещения светового пятна на плоскости фотопри45 емников 8 и 9, расположенных на расстоянии 1 =1 +1 от первого светоделителя 3, поступает аналогично сигнал величиной

< епе

Ф указ q«e

А =.т х=А, -h

А.д-А, ? -?, з 1460608 нй первый вход вычислительного блока 16. На второй вход блока 16 поступает аналогичный сигнал с второго канала измерения смещения светового пятна относительно. фотоприемников на расстоянии Ь =1 +1 от светоделителя

3, С первого выхода блока 16 сигнал, \ пропорциональный линейному перемещению, поступает на первый вход блока

17 индикации, а с второго выхода блока 16 сигнал, пропорциональный угловому перемещению, поступает на второй вход блока 17 индикации.

При линейно-угловых вибрациях отражателя 2 на выходе блока 16 формируются сигналы, пропорциональные линейному и угловому вибросмещениям.

Сигнал И „(х) на выходе каждого фотоприемника пропорционален относительному смещению А светового пятна на плоскости фотоприемника и крутизне преобразования Ц „=А ° S, где S=DU / х—

Фй коэффициент преобразования, равный отношению приращения напряжения на выходе фотоприемника к величине х относительно смещения светового пятна на плоскости фотоприемника, вызывающей это приращение.

Величина коэффициента преобразования зависит от формы и размеров светочувствительной поверхности фотоприемника. На фиг. 3 показана зависимость И (х) сигнала на выходе фо<рп топриемника от величины смещения х светового пятна на плоскости фотопри" емника и обозначены формы 23-25 светочувствительной поверхности фотоприемника, световое пятно 26; а, Ъ

1, d, D — геометрические размеры, за1

BHcHMocTH U i (x ) Ui (x ) p 11 э (х ) coo7 ветствуют формам 23-25 светочувствительной поверхности.

Форму светочувствительной поверхности можно получить путем накрытия ее диафрагмой в виде кругового отверстия 25, щели 24, шторки 23 или выполнить технологически на самом фотоприемнике, например, методом фо-. толитографии (фиг. 3)

В известном устройстве используется форма 24 и поэтому по сравне-.. нию с формой 23 относительно низкий коэффициент преобразования (крутизна характеристики Ц „(х)). .Учитывая, что с точки зрения фоновых засветок светочувствительная поверхность долж- . на быть поменьше, то необходимо, чтобы нерабочая поверхность, на которую

В блоке 16 формируются сигналы, пропорциональные х-линейному и g -угловому перемещениям, и подаются на входы блока 17 индикации

1460608 6

1 А-А, — агс11 - --- -;

2 1. -1, для малых углов

1 А -А, (= — х----2 Ь,-L(где А — величина смещения свето во го

1 пятна на плоскости первой пары фотоприемников на расстоянии "n от объекта;

А — величина смещения светового пятна на плоскости второй пары фотоприемников на расстоянии 11 от объекта; о — угол падейия пучка лучей на пло ско с ть о тражателя; п„=n =L -L — оптическая разность хо(2 ( да лучей.

Блок 16 работает следующим образом. Разностный сигнал А,-Л, с выхода второго бло ка 20 разности ослабляется вторым аттенюатором 2! в 2 (L<-Т() раз и поступает на второй вход блока 16 инд и;ации и на вход масштабного усилителя 22, где усиливается в L< раз и подается на второй вход первого блока 16 разности, А -А( Разностный сигнал А,-Т < — — - с ( ( вьглода а первого блока разности ослабляется первым аттенюатором 19 в

2 з по1,раз и в виде сигнала х подается на первый вход блока 17 индикации.

В блоке 17 осуществляется индикация х-линейной и (-угловой составляющих вибраций.

Таким образом, в предлагаемом устройстве повышается чувствительность путем увеличения коэффициента преобразования фотоприемников за счет увеличения их светочувствительной площадки. Введение двух дополнительных светоделителей позволило сохранить автоматическое вычисление коэффициента преобразования, d>oрмула из обретения

Ф

Оптико-электронный измеритель вибраций, содержащий источник светового излучения с гаусовым распределением интенсивности в поперечном сечении пучка светового излучения, последовательно установленные по ходу пучка излучения отражатель, свя-.

I зываемый с объектом, первый светоделитель, предназначенный для разделе5

1Î

)0

3Q

55 ния отраженного светового пучка излучения на два световых потока, первый и второй фотоприемники, ооразующие пе1)вую пару фотоприемников, третий и четвертый фотоприемники, образующие вторую пару фотоприемников и измерительную схему, выполненную в виде двух каналов, каждый из которых состоит из соединенных последовательно блока разности, аттенюатора и блока деления, соединенных последовательно вычислительного блока и блока индикации, входы вычислительного блока соединены с выходами блоков деления каж,oro из каналов соответственно, первый и третий фотоприемники соединены соответственно с псрвыми входами блоков разности первого и второго каналов, второй H четвертый фотоприемники соответственно с вторыми входами блоков разности и блоков деления первого и второго

KQ 1àëîâ ñîîòâåòñòâåííî 9 î T ë è "1 а ю н и и с я тем<, что с целью повышелия чувствительности измеритепя, он снабжен вторым светодепителем, расположенным па расстоянии 1 от

< первого светоделителя по ходу первого о светового потока под угло.(45 к нему и предназначенным для разделения первого светового потока на третий и четвертый световые потоки, третьим светоделителем, расположенным на расстоянии от первого светоделителя по ходу второго светового потока

„a под углом 45 к нему и предназначенным для разделения второго светового потока на пятый и шестой световые потоки,, первый и второй фотоприемники расположены соответственно по ходу третьего и четверто;--о световых потоков на расстоянии 1 от второго светоделителя, третий и четвертый фотоприемники расположены соответственно по ходу пятого и шестого световых потоков на расстоянии 1 от третьего светоделителя, фоточувствительная об." ласть каждого из фотоприемников выполнена в виде сегмента, светочувствительная область одного из фотоприемников каждой пары расположена так, что середина хорды сегмента лежит на оси соответствующего светового потока, а светочувствительная область другого фотоприемника каждой пары смещен- от оси соответствующего свеЮ тового.потока на расстояние cL.

4-А!

460608

1460608

Со ставитель l0. Садыков

Техред Л. Олийнык

Редактор Л.Гратилло

Корректор С.Шекмар

Заказ 534/50 Тираж 683 Подписно е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул, Гагарина,101