Устройство для измерения малых угловых перемещений

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлеко 0505.80 (2 ) 2919436/18-28 (51) М. КП.

G 01 В 11/00

С 01 В 11/26 с присоединением заявки М

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (И! УДК 531. 717 (088.8) Опубликовано 300782. Бюллетень Мо 28

Дата опубликования описания 300782

1 вюзи к У

Р.Ф.Авдуевский, С.A.Башарин и В А.БцффМтт и А (ЕФР.Ч0 я ъ

Я, Цч

Ленинградский ордена Ленина эл тротещщ(скМй институт им.В.И.Ульянова (енина7 (72) Авторы изобретения (71) Заявител, (54 ) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ

УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционных измерений малых угловых перемещений объектов.

Известно устройство для измерения величины линейных и угловых пере- . мещений, содержащее источник света, модулятор с генератором модулирующего сигнала, отражатель, фотоприемник и схему обработки сигнала, состоящую из усилителя и блока вычисления отношения фаз (.1j.

Недостатком устройства является малая тпчность измерений, связанная с погреыностями от воздействия помех и отсутствием цепи автокомпенсации.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройст-. во для измерения малых угловых перемещений, содержащее. последователь». но установленные оптическую систему, модулятор светового потока и фотоприемник, генератор опорного сигнала, соединенный с модулятором светового потока, и вычитатель. устрбйство содержит также переключатель, два пороговых элемента, соединенных с входом переключателя, и инвертор, сое- о диненный с последним, с фотоприем ником и вычитателем 23.

Недостатком устройства является его низкая точность при наличии помех, так как отсутствует цепь компенсации.

Цель. изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено соединенными последовательно первым детектором, вход которого соединен с выходом вычитателя, первым фильтром и управляемым источником напряжения, соединенными последовательно первым сумматором, вход которого подключен к выходу фотоприемника, соединенному с. входом вычитателя, вторым детектором и вторым фильтром, выход которого соединен с вторым входом управляемого источника напряжения, и вторым сумматором, входы которого соединены соответственно с выходом управляемого источника напряжения и с выходом генератора опорного сигнала, а выход - с вторим входом вычитателя и вторым входом первого сумматора.

947638

На фиг.1 представлена блок-схема устройствау на фиг.2 - временные эпюры, поясняющие работу схемы.

Устройство состоит из установленных последовательно оптической системы T., модулятора 2 светового 5 потока и фотоприемника 3, соединенных последовательно вычитателя 4, подключенного к фотоприемнику 3, первого детектора 5, первого фильтра б и управляемого источника 7 напря- 10 жения, соединенных последовательно первого сумматора 8, второго детектора 9 и второго фильтра 10, выход которого подключен к управляемому источнику 7 напряжения, второго 5 сумматора 11, выходы которого соединены с вторыми входами вычитателя

4 и первого сумматора 8, и генератора

12 опорного сигнала, выход которого соединен с модулятором 2 светового потока и первым входом второго сумматора 11, с вторым входом которого соединен выход управляемого источника 7 напряжения. Измеряется перемещение объекта 13.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток, посылаемый оптической системой 1, отражаясь от объекта 13, возвращается в оптическую систему 1. Пройдя через нее, световой поток проходит через модулятор 2, управляемый опорным гармоническим сигналом f (фиг.2,a), вырабатываемым генератором 12. Сигнал на выходе фотоприемника 3 имеет вид взятой по модулю синусоиды, смещенной на величину постоянной составляющей, прямо пропорциональной угловому перемещению объекта (фиг.2,ъ).

При повороте объекта 13 влево или вправо относительно оптической оси выходной сигнал фотоприемника 3 меняется с частотой опорного сигнала, при этом постоянная составляющая не 4g равна нулю.

В этом случае имеет место модуляция сигнала. Разность модуляционных максимумов тем больше (тем больше модуляция), чем больше угол поворота объекта 13 относительно направления оптической оси. Разность этих максимумов (глубина модуляции) линейно зависит от" угла поворота объекта

13, а фаза — от знака этого угла.

При изменении знака угла фаза меняется скачком на 180О При предельном значении угла поворота объекта

13 относительно оптической оси модуляции равна 100%, при этом один из максимумов становится равным нулю. Если же угол поворота объекта 13 равен нулю, то равна нулю и модуляция, при этом оба максимума модуляции становятся одинаковыми. 65

На выходе управляемого источника 7 напряжения получается электрический сигнал fS (фиг.2), по величине и полярности строго соответствующий измеряемому перемещению объекта 13.

Пусть первоначально объект 13 занимает полох:ение справа ат оптической оси оптической системы 1 и перемещается еще правее. Условно будем считать, что сигнал fg на выходе управляемого источника 7 напряжения положителен, если объект 13 занимает положение от оптической оси вправо, и отрицателен, если влево. (Соответствующие этому случак сигналы показаны на фиг.2).

Опорный гармонический сигнал Г9 (фиг.2,ol), вырабатываемый генератором 12, поступает на один из входов сумматора 11, на другой вход которого поступает сигнал f8 (фиг.2,6) от управляемого источника 7 напряжения. Б результате на выходе сумматора 11 получается сигнал Г„в=t8 f9 (фиг.2,8). Сигнал f„2,ъ) с выхода фотоприемника 3 соответствует новому положеник объекта 13. Он поступает одновременно на первые входы сумматора 8 и ьычитателя 4, на вторые входы которых в то же время йоступает сигнал f с выхода сумма î тора 11. В результате на выходе сумматора 8 получается сигнал Е = „+ Г„ (фиг,2,д), а на выходе вычитателя

4 - сигнал 1 =fÄ -Г,,(фиг.2,8). Сигнал пройдя через. детектор 9, преобразуется в сигнал f4 (фиг,2,x), а сигнал f3, пройдя через детектор 5 — в сигнал fg, который в этом случае тождественно равен нулю. Следовательно в рассматриваемом случае сигнал на выходе фильтра б также тожt дественно равен нулю, а сигнал на выходе фильтра 10 не равен нулю (фиг.2, 3). Сигнал Ф8 прямо пропорционален изменению положения объекта

13, Сигнал f8 поступает на один из входов управляемого источника 7 напряжения и вызывает измечение сигнала f8, который будет увеличивать«ся до тех пор, пока отрицательные максимумы сигнала f<< не станут по абсолютной величине равны меньшим максимумам сигнала 1„ . В результате сигнал f станет только положительным, следовательно, сигналы Г4 и f6 станут тождественно равными нулю и в итоге изменение сигнала прекратится.

Если объект 13 находится справа от оптической оси, то имеет место модуляции сигнала f< (фиг.2,г) и при этом f8 > О, если же объект. 13 находится слева от оптической оси, то фаза сигнала f< скачком меняется на 180 и лри этом (ВсО. При перемещении объекта 13 слева напра947638

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 5614/62 Тираж 614 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä,.ул. Проектная, 4 во работает канал, состоящий из блоков 8 - 10: f ФО, f+- О, и сигнал растет; при перемещении объекта 13 справа налево работает канал, состоящий из блоков 4-6, fq4 О

f6 0 и сигнал С8 уменьшается.

Таким образом, на выходе управляемого источника 7 напряжения получается электрический сигнал fe, строго соответствующий по величине и полярности измеряемому перемещению 10 объекта 13.

Ъ

Так как предлагаемое устройство построено в виде двухканальной следящей автоматической системы с астаФизмом первого порядка,то ошибка 15 йзмерений выходной величины угла в установившемся режиме равна нулю.

Таким образом, положительный эффект заключается в повышении точности и быстродействия производимых измерений.

Устройство для измерения малых угловых перемещений, содержащее последовательно установленные оптическую систему, модулятор светового потока и фотоприемник, генератор опорного сигнала, соединенный с модулятором светового потока, и вычитатель., о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено соединенными последовательно первым детекто- . ром, вход которого сбединен с выходом вычитателя, первым фильтром и управляемым источником напряжения, соединенными последовательно с первым сумматором, вход которого подключен к выходу фотоприемника, соединенному с входом вычитателя, вторым детектором и вторым фильтром, выход которого соединен с вторым входом управляемого источника напряжения, и вторым сумматором, входы которого соединены соответственно с выходом управляемого источника напряжения и с выходом генератора опорного сигнала, а выход — с вторым входом вычитателя и вторым входом первого сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 408145 кл. G 01 В 11/00, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 808836, кл. G 01 В 11/00, 1978. (прототип).