Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений объектов

 

<11939937

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соаетскик

Социалистических

Республик

l г

"б (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10 ° 06 ° 80 (21) 2939648/18-28 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 3006.82. Бюллетень № 24

Р М К з

G 01 В 21/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

tS3) УДК 531 ° 717 (088 ° 8) Дата опубликования описания 30.06.82 (72) Авторы изобретения

A.Н.Мотуз, В.В.Попов, A.Ê.Ïoëîíèü 1

t,„„);

3:.-,, - ..; 3

Минский радиотехнический нститут

I (71) Заявитель (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ.

ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений объектов, в частности для .измерения виброперемещений колеблющихся объектов.

Известно оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений объектов, содержащее систему формирования интерференционных или муаровых полос, линейку фотоприем-. ников, оптически связанную с системой формирования интерференционных или муаровых полос, и блок индикации. Устройство также содержит блок вычислений (1J

Недостатком устройства является сложность измерения виброперемещений колеблющихся объектов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений объектов, содержащее систему.формирования интерференционных или муаровых полос, линейку фотоприемников, оптически связанную с системой формирования интерференционных или муаровых полос, последовательно соединенные блок пространственной селекции. фотоприемников и блок индикации, блок пространственной селекции фотоприемников состоит из коммутатора, сумматора и анализирующего узла, входы сумматора подключены к выходам коммутатора, выход сумматора соединен с входом блока индикации, выходы анализирующего узла связаны с управляющими входами коммутатора.

Блок пространственной селекции фотоприемников также содержит узел частотной селекции (2).

Недостатком устройства является ограниченный диапазон измерения

15 .виброперемещений, связанный с тем, что при измерении виброперемещений колеблющихся объектов информационный сигнал сжимается только с îäíîãî из фотоприемников, у которого среднее значение информационного сигнала соответствует наиболее линейной части передаточной характеристики, связывающей величину линейного перемещения интерференционной или муаровой полосы с величиной светового потока, подающего на фотоприемник и являющейся нелинейной.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерения виброперемещений.

939937

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено блоком формирователей, входы которого подключены к линейке фотоприемников, а выходы соединены с входами блока пространственной селекции фотоприемников, в блоке пространственной селекции фотоприемников анализирующий узел снабжен дополнительно выходом опорного напряжения, сумматор снабжен дополнительно входом опорно- 10 го напряжения, подключенным к выходу опорного напряжения анализирующего узла, выход сумматора соединен с входом анализирующего узла, а информационные входы коммутатора под-!5 ключены к входу блока.

Анализирующий узел состоит из соединенных последовательно реверсивного счетчика, дешифратора, коммутатора, дифференцирующего усилителя и компаратора нижнего уровня, выходом соединеннбго с первым входом реверсивного счетчика, к второму входу которого подключен компаратор верхнего уровня, входом соединенный Я5 с дифференцирующим усилителем, источник опорного напряжения, подключенный к входу коммутатора, второй выход которого, а также выходы дешифратора являются выходами анализирующего уэ- 30 ла.

Блок формирователей содержит нелинейные усилители, входы которых являются входами блока формирователей, а выходы - выходами этого блока.

На фиг.l представлЕна функциональная схема устройства; на фиг.2 функциональная схема анализирующего узла.

Устройство содержит систему 1 40 формирования интерференционных или муаровых полос, например, двухлучевой интерферометр, подвижное зеркало которого связано с объектом, линейку 2 фотоприемников, блок 3 формирователей, содержащий нелинейные усилители 4, блок 5 пространственной селекции фотоприемников, состоящий из коммутатора б, сумматора 7, анализирующего узла 8, содержащего (фиг.2) реверсивный счетчик 9, дешифратор 10, коммутатор 11, источник 12 опорных напряжений, дифференциальный усилитель 13, компаратор 14 верхнего уровня, компаратор 15 нижнего уровня, блок 16 индикации. 55

Устройство работает следующим образом.

При виброперемещениях объекта система 1 формирует на линейке 2 фото- 60 приемников перемещающиеся интерференционные или муаровые полосы. Расстояние между крайними фотоприемниками линейки 2 равно периоду интерференционной или муаровой полосы.

Информационные сигналы, снимаемые с фотоприемников линейки, изменяются по синусоидальному закону, фаза которых связана с положением фотоприемника. Сигналы с фотоприемников поступают в блок 3 формирователей, где они усиливаются нелинейными усилителями 4, передаточные характеристики которых выбраны таким образом, чтобы компенсировать нелинейность наиболее линейной части передаточной характеристики, связывающей величину линейного перемещения интерференционной или муаровой полосы с величиной светового потока, падающего на фотоприемник линейки 2.

Далее информационные сигналы. поступают на информационные входы коммутатора б, осуществляющего подключение одного из фотоприемников линейки 2 к сумматору 7, выходной сигнал с которого поступает в блок 16 индикации. Управление коммутатором б осуществляется анализирующим узлом 8, который анализирует величину напряжения, на выходе сумматора 7 и формирует опорные напряжения, поступающие на дополнительный вход сумматора 7.

При возвратно-поступательном перемещении интерференционной или муаровой полосы на поверхности фотоприемников линейки 2 на выходах фотоприемников формируются синусоидальные сигналы, наиболее линейные части которых последовательно суммируются сумматором 7, на выходе которого формируется .сигнал, близкий к линейно изменяющемуся и амплитуда которого пропорциональна перемещению полосы.

Управление коммутатором осуществляется анализирующим узлом 8, представляющим собой следящую систему, подключающую тот или иной фотоприемник линейки 2, в зависимости от характера изменения напряжения на выходе сумматора 7.

Диапазон анализируемых напряжений узлом 8 связан с диапазоном перемещения интерференционной или муаровой полосы и разбит на ряд уровней, разность которых связана с числом фотоприемников линейки 2.

Анализ уровней напряжений по максимуму и минимуму значений по сравнению с опорными уровнями, задаваемыми источником 12 опорных напряжений, осуществляется компараторами 14 верхнего уровня и компаратором 15 нижнего уровня, выходные сигналы с которых поступают на реверсивный счетчик 9, который с помощью дешифратора 10 переключает с помощью коммутатора б фотоприемники линейки 2, а с помощью коммутатора 11 источник 12 опорных напряжений. Разность между опорными напряжениями, посту939937 пающими с источника 12 опорных напряжений, и сумматором 7 определяется дифференциальным усилителем 13.

При включении, например, первого фотоприемника линейки 2 коммутатором 6, на вход сумматора 7 от источ- 5 ника 12 опорных напряжений через коммутатор 11 поступает нулевой уровень, а на вход дифференциального усилителя 13 через коммутатор 11

Ф уровень Пап- !О

При смещении интерференционной или муаровой полосы вдоль первого фотоприемника линейки 2 на его выходе формируется информационный сигнал, который после усиления нелинейным усилителем 4 возрастает от минимального значения до уровня Уон.

Разностный сигнал, на выходе дифференциального усилителя 13 при этом уменьшается от Пор до величины, близкой к нулю.

При достижении напряжения на выходе усилителя 4 и сумматора 7 величины Поп разностный сигнал на 25 выходе дифференциального усилителя

13 станет равным нулю..При этом сработает компаратор 15 нижнего уровня, который сформирует сигнал, добавляющий единицу в реверсивйый счетчик 9. Дешифратор 10 сформирует сигнал, поступающий на коммутатор б и включающий второй фотоприемник. Одновременно через коммутатор 11 на дополнительный вход сумматора 7 приложится напряжение U<Ä, а на вход дифференциального усилйтеля 13 приложится напряжение 2Ug .

На выходе второго фотоприемника при движении интерференционной или 4О аровой полосы возрастает информаионный сигнал, который проходит ереэ усилитель 4 и коммутатор б, суммируется по напряжению сумматором 7 с напряжением П н и поступает на блок 16 индикации, и одновременно на дифференциальный усилитель 13.

При равенстве сигнала, снимаемого со второго фотоприемника и опорного U ä, суммарное напряжение на выходе сумматора 7 будет таково, что 5О разность напряжений на выходе дифференциального усилителя 13 достигает нуля, срабатывает компаратор 15 нижнего уровня, который добавляет единицу в реверсивный счетчик 9. Ревер- 55 сивный счетчик 9 через дешифратор 10, коммутаторы б и 11 выключает второй фотоприемник, третий фотоприемник, подает на дополнительный вход сумматора 7 напряжение 2U на вход дифференЯ) циального усилителя 3U<> и.т.д.

Таким образом, при движении интерференционной или муаровой полосы вдоль фотоприемников к сумматору 7 последовательно .подключаются Фотоприемники, Ь5 выходной сигнал с которых после усиления усилителями 4 последовательно суммируются сумматором 7 с ступенчато изменяющимся опорным напряжением. На выходе сумматора формируется напряжение, близкое к линейному, амплитуда которого пропорциональна линейному смещению интерференционной или муаровой полосы.

При изменении направления перемещения интерференционной или муаровой полосы, напряжение на выходе сумматора 7 начнет уменьшаться. При достижении разности напряжений на выходе сумматора .7 и текущего опорного напряжения, приложенного к дифференциальному усилителю 13 равной

U>» сработает компаратор 14 верхнего уровня. При этом-вычитается единица из реверсивного счетчика 9, который через дешифратор 10 и коммутатор 6 изменяет на обратное подключение фотоприемников линейки 2 и через коммутатор 11 уменьшает опорное: напряжение на сумматоре 7 и дифференциальном усилителе 13 на величину

Пв„ . При дальнейшем движении интерференционной или муаровой полосы процесс переключения повторяется, а на выходе сумматора 7 формируется линейно убывающее напряжение.

Предлагаемое устройство позволяет избавиться от искажений сигнала, что дает воэможность повысить точность и динамический диапазон измерений.

Формула изобретения

1. Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений объектов, содержащее систему формирования интерференционных илч муаровых полос, линейку Фотоприемников, оптически связанную с системой формирования интерференционных или муаровых полос, последовательно соединенные блок индикации и блок пространственной селекции фотоприемников, который. состоит из коммутатора, анализирующего узла и сумматора, входы которого подключены к выходам коммутатора, выход сумматора соединен с входом блока индикации, а выходы анализирующего узла связаны с управляющими входами коммутатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения виброперемещений, оно снабжено блоком формирователей, входы которого подключены к линейке фотоприемников, а выходы соединены с входами блока пространственной селекции фотоприемников, в блоке про939937 фиг 1

8эи.4

4Ъс.2

ВНИИПИ Эаказ 4649/59 Тираж 614 Подписное

Филиал ППП Патент, г.ужгопод, ул.Проектная, 4 странственной селекции фотоприемников анализирующий узел снабжен дополнительно выходом опорного напряжения, сумматор снабжен дополнительно входом опорного напряжения, под- . ключенным к выходу опорного напря- 5. жения анализирующего узла, выход

"умматора соединен с входом анализирующего узла, а информационные входы коммутатора подключены к входу блока. ю

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что анализирующий узел состоит из соединенных последовательно реверсивного счетчика, дешифратора, коммутатора, дифферен- 15 цирующего усилителя и компаратора нижнего уровня, выходом соединенного с первым входом реверсивного счетчика,.к второму входу которого подключен компаратор верхнего уровня, вхо- 7О дом соединенный с дифференцирующим усилителем, источник опорного напря- жеиия, подключенный к входу коммутатора, второй выход которого, а также. выходы дешифратора являются выходами анализирующего узла.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а.ю щ е е с я тем, что блок формирователей содержит нелинейные усилители, входы которых являются входами блока формирователей, а выходы — выходами этого блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Фотоэлектрические преобразователи информации. Под. ред. Преснухина Л. М., Машиностроение, 1974, с. 178-187 °

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2893496/28, кл. б 01 В 21/00, 11.03 ° 80 (прототип).