Устройство для измерения линейных перемещений

 

Использование: изобретение относится к измерительной технике. Сущность: изобретение позволяет повысить точность при измерении линейных перемещений в широком диапазоне. При перемещении световодов 3 относительно полос маски 4 вследствие туннелирования излучения через боковые поверхности световодов в материал маски периодически изменяется интенсивность сигналов фотоприемников 5, котор ые преобразуются схемами формирования импульсов 6, и в блоке обработки сигналов 7 по заданному алгоритму определяется значение перемещения. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 21/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4900523/28 (22) 08.01.91 (46) 23.03.93, Бюл. М 11: (71) Винницкий политехнический институт (72) C.В,Адаменко, В.В.Козлов, С.Г.Лютворт и Р.В;Рева (56) Ягудин А.А. Оптоэлектронный датчик угля поворота направления вращения. — М„

МАИ, 1983, с. 46-48.

Авторское свидетельство СССР М 157469, кл. G 01 В 21/02, 1987, Авторское свидетельство СССР

М 1573346, кл. G 01 В 27/00, 1989, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Ж 1803739 А) (57) Использование: изобретение относится к измерительной технике. Сущность: изобретение позволяет повысить точность при измерении линейных перемещений в широком диапазоне. При перемещении световодов 3 относительно полос маски

4 вследствие туннелирования излучения через боковые поверхности световодов в материал маски периодически изменяется интенсивность сигналов фотоприемников

5, которые преобразуются схемами формирования импульсов 6, и в блоке обработки сигналов 7 по заданному алгоритму определяется значение перемещения. 3 ил.

1803739 троастаа. — M.: Энергоатомнадат, 1988. с. но

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения линейных перемещений объектов.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности.

На фиг. 1. представлена структурная схема заявляемого устройства при М = 2; на фиг. 2а — временные диаграммы сигналов с выходов схем формирования импульсов для

N - 2 при равномерном перемещении световодов; на фиг. 2б- таблица переключений для N = 2; на фиг. 3 — блок обработки сигналов с выходов N = 2 схем формирования импульсов, построенный согласно общим правилам синтеза комбинационных устройств.

Устройство содержит источник излучения (ИИ) 1, выход которого связан со входом блока излучения выходы которого связаны со входами световодов 3, которые через боковую поверхность оптически связаны с маской 4 и установлены с возможностью перемещения в направлении перпендикулярном сторонам маски, выходы световодов связаны со входами соответствующих фотоприемников (ФП) 5, выходы которых связа:,ны со входами схем формирования импульсов (СФИ) 6, выходы которых связаны со входами БОС 7, который состоит из (см.фиг,3) схем выделения фронтов 8, 9, вхо- ды которых связаны с выходами схем формирования импульсов, а выходы со входами .схемы ИЛИ 10, выход которой связан с тактовым. входом реверсивного счетчика 11, входами схем И 12, 13, а также с управляющим входом параллельного регистра 14, входы которого связаны с выходами схем формирования импульсов, а выходы со входами схем ИЛИ-НЕ 15, 16, выходы схем формирования импульсов также связаны со входами схем ИЛИ-НЕ 17, 18, выходы схем

ИЛИ-НЕ 15, 16, 17, 18, выходы параллельного регистра 14 и выходы схем формирования импульсов связаны. с соответствующими входами схем И 19-26, выходы схем И 19-22 связаны со входами схемы ИЛИ 27, а выходы схем И 23-26 связаны со входами схемы

ИЛИ 28, выходы схем ИЛИ 27. 28 связаны с входами схем И 12, 13 соответственно, выходы которых связаны со счетными входами реверсивного счетчика 11.

Устройство работает следующим образом.

Электромагнитная волна оптического диапазона от источника излучения 1 через блок ввода излучения 2, например линзовый объектив (см.кн. Конюхов Н.E. и др. Оптоэлектронные контрольно-измерительные ус137), направляется в световоды 3, по которым она распространяется благодаря полным внутренним отражениям (ПВО) от границ световодов. Боковые поверхности световодов располагаются на расстоянии меньшем длины волны распространяющегося излучения от поверхности маски 4. Такое расстояние обеспечивается, например, механическим прижатием световодов к ма"0 ске (Свечников Г.С. Интегральная оптика,—

Киев: Наукова думка, 1988, с. 4) при использовании световодов 3 с оболочкой на участке их оптического контакта с маской 4 со световодов соглифовывается оболочка. При

15 перемещении световодов 3 относительно маски 4 из-за различия показателей преломления полос маски 4 изменяются условия туннелирования излучения из световодов 3 в маску 4 (скачкообразно из20 меняется коэффициент связи излучения световодов маски) следовательно интенсивность излучения на выходе каждого световода будет периодически изменяться. Напряжение на выходах фотоприемников 5 будет

25 изменяться в соответствии с интенсивностью излучения на выходах световодов 3, прямоугольные импульсы напряжения с выходов схем формирования импульсов 6 сдвинуты друг по отношению к другу на

30 (2k+ — )Т. При изменении значения пере2N жТ мещения на происходит изменение набора сигналов на выходах СФИ. Каждому

35 лТ шагу перемещения в пределах периода маски Т соответствует свой набор сигналов на выходах СФИ, При выходе значения перемещения за пределы периода маски 4

40 как в одну, так и в другую стороны наборы сигналов с выходов СФИ 6 на внутренних границах периода маски не будут совпадать с наборами сигналов с выходов СФИ на соответствующих внешних границах перио45 да маски. Следовательно, сравнив набор . сигналов с выходов СФИ 6 до и после изменения этого набора можно определить увеличилось или уменьшилось значение

zT

50 перемещения на шаг . Описанный апгоритм обработки сигналов реализуется

5ОС 7. БОС может быть реализован как на основе микропроцессора, так и на основе комбинационных схем.

Рассмотрим работу БОС 7, реализованного на основе комбинационных схем и соответствии с общими правилами синтеза таких устройств для N = 2. Пусть перемещение вдоль оси времени (см.фиг,2) и связан- е с этим изменение наборов на выходах

1803739

10

15 единицы, а следовательно не будет пере25

35 ствует шагу дискретизации 0,5 мкм (c увелиции) 40

СФИ 6, Соответствует увеличению значения перемещения, а в обратном случае уменьшению. В этом случае таблица переключений, соответствующая сделанным предложениям, будет иметь вид (см,фиг,2б), где первые две колонки описывают приборы сигналов с выходов СФИ после изменения набора сигналов, а третья и четвертая колонки — до изменения, в пятой и шестой .колонках и наборы сигналов показывают когда происходитувеличение(единица в пятой колонке ноль — в шестой) или уменьшение (ноль в пятой, единица в шестой) значения перемещения на шаг, Об изменении набора сигналов на выходах СФИ 6 свидетельствует наличие на одном из фронта (переднего или заднего) импульса, который выделяется в виде короткого единичного импульса схемами выделения фронтов 8 и 9.-Поскольку световоды 2 сдвинуты друг относительно друга на (2k+ ) л, то фронты импульсов, а сле1

2N довательно и импульсы с выходов схем выделения фронтов по времени не совпадают, схема совмещения ИЛИ 10 формирует на своем выходе последовательность иипульсов каждый из которых направляется как тактовый на реверсивный счетчик 11, схемы разрешения И 12, 13, приходл на входы которых, .они разрешают прохождение соответствующего управляющего сигнала (логической единицы), увеличивающего или уменьшающего состояние реверсивного счетчика 11 на единицу и задним фронтом разрешает перезапись сигналов с выходов параллельного регистра 14 на выходы, Таким образом в момент появления импульса (переднего его фронта) с выхода схемы ИЛИ 10 на входах параллельного регистра 14 имеется набор сигналов с выходов СФИ 7 после его последнего изменения, а на выходе параллельного регистра набор сигналов с выходов СФИ 7до последнего изменения набора, Схемы ИЛИ-НЕ 15, 4

16, 17, 18 формируют инверсные значенил элементов наборов до и после изменения.

Элементы И 19-26, ИЛИ 27, 28 соединенные согласно схеме (см.фиг.3) реализуют таблицу переключений (см.фиг,2б), где выходные сигналы схем ИЛИ 27, 28 соответствуют значениям приведенным в пятой или шестой колонках соответственно, Эти значения проходят на выходе схем

И 12, 13 без изменения т.к. в это время на вторых входах схем И 12, 13 поддерживаетсл уровень логической единицы импульсом с выхода схемы ИЛИ 10. Состояние реверсивного счетчика 11 увеличивается или уменьшается в зависимости оттого на выходе какой схемы И (12 или 13 соответственно) появляется передний фронт единичного импульса, Новый набор сигналов с выходов

СФИ записывается на выходы параллельного регистра 14 задним фронтом импульса со схемы ИЛИ 10. К этому моменту переключение состояния реверсивного счетчика уже происходит и БОС 7 готов к новому изменению набора сигналов на выходах СФИ. Если изменения набора сигналов на выходах

СФИ не происходит, то нет импульса на выходе схемы ИЛИ 10, отсутствие которого приводит к тому, что на выходах схем И 12, .

13 не будет появляться уровень логической ключения состояния реверсивного счетчика

11. О величине перемещения судят по состоянию информации на выходах реверсивного счетчика.

По сравнению с прототипом заявляемое решение обладает повышенной точностью. Точность заявляемого устройства определяется минимально возможным шагом маски и размерами световода, которые должны соответствовать ширине полосы маски, а так же и количеством используемых световодов. На длине волны используемого излучения 1 мкм минимально возможная ширина световода при которой сохраняется его направляющие свойства, а следовательно и соответствующая ширина полосы маски составляет 1 мкм (Свечников

Г.В, Интегральная оптика. — Киев: Наукова думка, 1988, с. 144). При N = 2 это соответчением N шаг дискретизации уменьшается).

У прототипа шаг.дискретизации (как было показано выше составляет не менее 2 мкм даже если не учитывать влияние дифракФормула изобретения

Устройство для измерения линейных перемещений, содержащее оптически связанные источник излучения, измерительную линейку с периодической световой структурой, приемник излучения, о т л и ч аю щ е е с л тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено блоком обработки сигналов, N формирователями импульсов блоком ввода излучения, расположенным на выходе источника излучения, оптически связанными с блоком ввода излучения, N световодами, где N = 2, 3, 4, измерительная линейка выполнена в виде маски из чередующихся равной ширины полос материалов с различными оптическими свойствами, световоды оптически связаны с маской через бсковую поверхность, расположены параллельно полости маски со сдви1803739 гом друг относительно друга на расстояние, равное (2k + — )Т.

2N б где k - 1,2,3,...; Т вЂ” йериод маски, приемник излучения выполнен в виде N фотоприемников, выход источника излучения через блок ввода излучения оптически связан с входами световодов, выходные торцы которых оптически связаны с входами N фотоприемников, выходы которых соединены с входами каждого из N формирователей импульсов, выходы которых связаны с входами блока обработки сигналов.

1863739

Составитель С. Адаменко

Редактор О. Стенина Техред M. Моргентал Корректор 3. Салка

Заказ 1048 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101