Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений объектов

Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений объектов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ. ИЗМЕРЕНИЯ JUfflEffflHX ПЕРЕМЕЩЕШЙ ОБЪЕКТОВ, содержащее систему формирования интерференционных или муа-i ровых полос, линейку фотоприемников, установленную на выходе системы, соединенные последовательно блок формирователей , подключенный к линейке фотоприемников, блок пространственной селекции фотоприемников с янализатором и сумматором, и блок иыдикации , отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений , блок формирователей выполнен с дополнительными управлякнцими входами и дополнительными информационными выходами, а анализатор блока пространственной селекции фотоприемников выполнен в виде соединенных последовательно схемы сравнения, компаратора , узла управления и коммутатора, выходы схемы сравнения соединены с информационными входами коммутатора, входы являются входами блока пространственной селекции фотоприемников, соединенными с дополнительными инфррмационными выходами блока формирова (Л телей, выходы коммутатора являются выходами блока пространственной селекции фотоприемников и соединены с дополнительными управляющими входами блока формирователей.

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН

y g G 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

«А *

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Я AST6ICHOINV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{21) 3406956/18-28

:(22) 05 02.82 .(1»б) 2З.1 1.83. Вюл. S 43 (72) А. Н. Мотуэ и В. В. Попов (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством Минского радиотехнического института (53«) У1.7 (088.8) . (. >б) 1.Авторское свидетельство СССР

11 939937, кл. G 01 8 21/00, 1980 (дрототип) . (5" ) Ь7) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ. ИЗМЕРЕНИЯ 1ИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЦЕНИЙ ОБЪЕКТОВ, содержащее систему формирования интерференционных или муа- ровых полос, линейку фотоприемников, установленную на выходе системы, соединенные последовательно блок форми-. рователей, подключеннь»й к линейке фотоприемников, блок пространственной селекции фотоприемников с анали„„SU„„1055966 A затором и сумматором, и блок индикации, о т л и ч а ю щ е е с я теи, что, с целью повьапения точности изме" рений, блок формирователей выполнен с дополнительными управляющиии входа ми и дополнительньв»и инфориационными выходаии, а анализатор блока пространственной селекции фотоприемников выполнен »» виде соединенных последовательно схемы сравнения, компаратора, узла управления и коммутатора, выходы схемы сравне»»ия соединены с информационными входами коммутатора, входы являются входами блока пространственной селекции фотоприемников, соединенными с дополнительными инфор- е мационными выходами блока формирователей, выходы коммутатора являются вьмодами блока пространственной селекции фотоприемников и соединены с дополнительными управляющими входаии блока формирователей.

10559

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности для автоматического нзмере" ния линейных перемещений объектов,например, при виброиспытаниях.

Наиболее близким к изобретению является оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений объектов, содержащее систему форми- 10 рования интерференционных или муаровых полос, линейку фотоприемников, установленную на выходе системы, сое;,. диненные последовательно блок формирователей, подключенные к линейке фо- 15 топриемников, блок:пространственной; селекции фотоприемников с анализатором и сумматором; н блок индикации (! 3

Устройство содержит также коммутатор в блоке пространственной се.лекции фотоприемников, в котором входы сумматора подключены к выходам коммутатора и к входу опорного напряжения анализатора, выход сумматора соединен с входом блока индикации 25 и с входом анализатора, выходы. которого связаны с управлйющими входа- ми коммутатора, информационные вхо- ды которого подключены к выходам блока формирователей. Анализатор состоит из соединенных последовательно. реверсивного счетчика, дешифратора, коммутатора нижнего уровня, выходом соединенного с первым входом реверсивного счетчика, ко второму вхо35 ду которого подключен компаратор верхнего уровня, входом соединенного с дифференцирующим усилителем, источник опорного напряжения подключен ко входу коммутатора, второй выход которого,а также выходы дешифратора являются выходами анализатора. Блок .формирователей содержит нелинейные усилители, входы которых являются входами блока формирователей, а вы45 ходы - выходами этого блока

Недостатком известного устройства является снижение точности измерения перемещений в моменты перехода работы с одного фотоприемника на другой. Это вызвано ключевым режимом работы коммутатора, подключающего поочередно ко входам сумматора тот или иной фотоприемник. Если колебания границы раздела интерференционной или муаровой полосы контролируемого объекта происходят относительно стыка двух фотоприемников, то на выходе сигнал искажается, так как в момент перехода работы на соседний фотоприемник предыдущий отключается, что приводит а этот момент к потере информации о перемещениях контролируемого объекта. Кроме того, устройство реагирует на изменение величины опорного напряжения при действии дестабилизирующих факторов.

Цепью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в оптико-электронном устройстве для измерения линейных перемещений объектов, содержащем систему формирования интерференционных или муаровых полос, линейку фотоприемников, установленную на выходе системы, соединенные последовательно блок формирователей, подключенный к линейке фотоприемников, блок:пространственной селекции фотоприемников с анализатором и сумматором, и блок индикации блок формирователей выполнен с дополнительными управляющими входами и дополнительными информационными выходами, а

1анализатор блока пространственной селекции фотоприемников выполнен в виде соединенных последовательно схемы сравнения, компаратора, . узла управления и коммутатора, выходы схемы сравнения соединены с информационными входами коммутатора, входы являются входами блока пространственной селекции фотоприемников, соединенными с дополнительными информационными выходами блока формирователей, выходы коммутатора являются выходами блока пространственной селекции фотоприемников и соединены с дополнительными управляющими входами блока формирователей.

На чертеже представлена блок-схема устроиства.

Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений объектов содержит систему 1 Формирова-. ния интерференционных нлн муаровых полос, например, двухлучевой интерферометр, подвижное зеркало которого связывается с объектом, линейку 2 фотоприемников, соединенные последовательно блок 3 формирователей и блок 4 пространственной селекции фотоприемников, состоящий из сумматора 5 и анализатора 6, содержащего схему 7 сравнения, коммутатор 8, компаратор 9 и узел 10 управления, и блок 11 индикации.

3„ „+Э сР где 3 - среднее значение тока инфюрмациоиного сигнала;

Э,„,„- максимальное значение тока щах информационного сигнала; .1 . — ииннмальное значение тока инпт1 н формационного сигнала.

Суииируя с коэффициентом деления на два величину (значение) токов напряжений) информационных сигналов, снимаемых с выхрдов тех фотоприемников, котррые находятся по разные стороны ! относительно границы интерференпн-онных или муаровых полос, (например, первый и третий фотоприемник), . можно определить величину среднего значения сигнала. Эта величина зависит от интенсивности получаеиых интерференционных или муаровых полос, а также от ряда дестабилизурующих факторов, действующих иа устройство, например, изменение температуры окружающей среды, что нриводит к сдвигу постоянной составляющей на выходе узла 12 усилителей постоянного тока, Подавая на один

3 105596

Блок. 3 формирователей содержит узел 12 усилителей постоянного то" ка, узел 13 дифференциальных усилителей, регулирующие элементы 14 и схему 15 управления..

Схема 7 сравнения содержит узел

16 выделения средней. составляющей ин.формационных сигналов, узел 17 дифференциальных усилителей и инвертирующий узел 18.

Устройство: работает. следующим .об- разом.

При вибройереиещениях обьекта система ) формирует перемещающиеся .интерференционные или муаровые поло сы, изображение которых фиксируется линейкой 2 фотоприемников. Расстояние между крайними фотоприемниками линейки 2 равно периоду интерференционной или муаровой полосы.

Информационные сигналы, снимаемые с фотоприемников линейки 2, изменяются по синусоидальному закону,фаза которых связана с положением фотоприемника. Сигналы с фотоприемников поступают в блок 3 формирователей и в анализатор 6. В блоке 3 формирователей сигналы усиливаются узлом

12 усилителей и через регулирующие элементы 14 подаются на входы суиматора 5, коэффициент передачи которого может изменяться в зависимости от величины сигналов, поступающих на управляющие. входы регулирующих элементов !4. Анализатор 6 проводит анализ сигналов с линейки 2 фотоприем; З5 ников и, вырабатывает управляющие напряжения для регулирующих элемен-. тов 14, сопротивление которых, изменяясь, приводит к изменению коэффициента передачи.суиматора 5 таким

40 образом, что компенсирует нелинейные и выравнивает линейные участки передаточной xclpcLKTepHQTHKH связывающей величину линейного перемещения интерференционной или муаровой полосы с

45 величиной светового потока, падающего на фотоприемник линейки 2.

Далее информационные сигналы поступают на входы сумматора 5, выходной сигнал с которого поступает в 50 блок ll индикации.

При возвратно-поступательном перемещении интерференционной или муаровой полосы по поверхности фотоприеиников линейки 2 на выходах фотоприемников 55 формируются сннусоидальные сигналы нелинейные участки которых компенси-.:

- руются, а линейные выравниваются нз6 4 мененнем коаффициента передачи суима- тора 6, на выходе которого формируется линейно изменяющийся сигнал,аиплитуда -которого пропорциональна переме щению полосы.

Для линеаризации передаточной характеристики, связывающей величину линейного перемещения интерференционной или муаровой полосы с величиной светового потока, падающего на фотоприемник линейки 2,достаточно трех фотоприемников, причем фотоприемники смещены друг относительно друda на четверть периода интерференционных нли муаровых полос ;" а расстояние от начала первого и до конца третьего фотоприеиника равно периоду следования интерференционной или муаровой полосы Л

Информационные сигналы, снимаеиые с выходов этих фотоприемников, при движении интенференционвых или иуаро« вых полос сверху вниз, будут изменяться по сннусоидальному закону и сдви.нуты друг относительно друга по фазе на 90о, наиболее линейные участ ки информационных сигналов,. снимае-мых с выходов фотоприемников, находятся вблизи их среднего значения, величину которого можно определить из выражения (+,hap) . второго фотоприемника, продолжает уменьшаться под действиеи управляю.щего напряжения;, а коэффициент передачи для сйгнала с выхода третьего фотоприемника — увеличиваться.

3 10559 вход усилителя узла 17 дифференциаль- ; ных усилителей значение информационного сигнала, снимаемого с выхода усилителя узла 12 усилителей, подключенного к фотоприеинику, а на его другой вход — величину средней составляющей сигнала, можно скомпенсировать дрейф нуля на выходе усилителя узла 17 дифференциальных усилителей. 10

С выхода схемы 7 сравнения снимаются сигналы, переменная составляющая которых изменяется относительно нуля дифференциальных усилителей узла 17., Коипаратор 9 вырабатывает импульсы управления в момент, когда сигнал равен нулю. Узел 10 управления содержит схему управления коммутатором 8 и триггер знака (не пока-., заны), который определяет направление движения интерференционных или муаровых полос.

Рассмотрим работу схемы на участке, равном полупериоду следования интерференцнонных или муаровых полос

Д

Пусть в исходнои состоянии граница разцела следования интерференци- онных или муаровых полос находится на середине светочувствительного слоя второго фотоприемника линейки

2; В .момент t, разность между средним значением сигнала и величиной сигнала, снимаемого,с выхода второго фотоприемника, равна нулю, при этом коэффициент передачи сумматора 5. для

35 сигнала, снимаемого с выхода второго фотоприемника максимален (К= l, при сопротивлении регулирующего эле-.. мента 14 11 =О), а для сигналов, снимаемых с остальных фотоприемников -. минимален (К Ж 0 при и,з=«4 .

Сигнал, снимаеиый с выхода сумматора 5, будет находиться на линейном участке передаточной характеристи О

g$ ки второго фотоприемника. Если интер ференционные или муаровые полосы переиещаются сверху вниз, то сигнал с выхода втрраго фотоприемника начинает убывать по своей величине, при этом триггер знака в узле t0 управле- О ния изменяет свое состояние и приводит к замыканию соответствующих ключей в коимутаторе 8, что, в свою очередь, ведет к смещению рабочей точки дифференциального усилителя узла 13 в блоке Э формирователей, .подключенного через анализатор 6 и усилитель узла 12 к выходу третьего

Фотоприемника на величину (- 1 ) .

Если сигнал с выхода второго фотоприемника увеличивается, то триггер знака в блоке 10 управления изменяет свое состояние на противоположное, что ведет к смещению рабочей точки дифференциального усилителя узла 13, подключенного через анализатор 6 и усилитель узла 12 к выходу первого фотоприемника на величину

Информационные сигналы с выходов дифференциальных усилителей узла

l 3, подключенных ко входам второго и третьего фотоприемников, с блока

3 формирователей подаются на входы узла 17 дифференциальных усилителей в схеме 7 сравнения, с выхода которого снимается сигнал, соответствующий их разнице. Величина этого сигнала через соответствующие ключи в коииутаторе 8 подается через схему

15 управления на управляющие входы регулирующих элементов 14 в блоке 3 формирователей, что ведет к изменению их сопротивлений. При этаи коэффициент передачи сумматора 5 для сигнала, снимаемого с выхода второго фотоприемника, начинает уменьшаться прямо пропорционально изменению управляющего напряжения, а коэффициенУ передачи сумматора 5 для сигнала, снимаемого4 с выхода третьего фотоприемника, начинает увеличиваться навеличину, .обратную изменению коэффициента передачи для сигнала, снимаемого с выхода второго фотоприемника

В момент t.,êîãäà разница между си|налом, сйимаемым с выхода второго и первого фотоприемника, равна нулю (при этом коэффициент передачи сумматора 5 для обоих сигналов одинаков ), происходит срабатывание соответствующего ыомпаратора 9, что ведет к инверсии (через соответствующие ключи в коммутаторе 8 ) знака управляющего 4 напряжения,, поступающего на управляющне входы регулирующих элементов 14, подключенных к выходам дифференциальныхх усилителей узла 13 сигналов второго и третьего фотоприемников. При этом коэффициент передачи сумматора 5 для сигнала, снимаемого с выхода

7 . 10559

В.момент tg управляющее напря-: жение равно нулю и в этот момент коэффициент передачи сумматора 5 дпя сигнала с выхода третьего фотоприемника максимален, а для сигнала с выхода второго фотоприемяака - ьаинимален. В

5 момент t2, когда разность:между ин4юрмационжеии сигналами, снимаемыми с выходов первого и третьего фотоприемника,. равно нулю, один иэ компараторов 9 меняет свое состояние, что приводит к замыканию соответствующего ключа в коммутаторе 8, а это.в свою очередь ведет к смещению рабочей тачки дифференциального усилителя узла 13, в блоке 3 формирователей, с выхода которого снимается сигнап, инверсный сигналу с выхода второго фотоприемника иа величину .(-23yp)Ин4юрмационкюе сигналы с выхо 20

; дов дифференциального усилителя узле 13,,. .подключенного че-" рез . анализатор 6 и усилитель узла 12 ко входу третьего фотоприемника, и с инверсного выхода усилителя узла 12, подключенного ко входу второго фотоприещвпса, подаются с блока 3 формирователей на входы усилителя узла .17 дифференциальных уси лителей в схеме 7 сравнения. Сигнал, соответствуищий их разнице, через соответствующие ключи в коммутаторе

8 и схему 15 управления подается на .управ йущ е входы регулирующих эле-; ментов 34 в блоке 3 4юрмирователей, что ведет к изменению коэффициента

66 8 передачи сигналов. При этом коэффициент передачи сумматора 5 дпя сигнала, снимаемого с выхода третьего фотоприемника, начинает уменьшаться, а для сигнала с инверсного выхода дифференциального усилителя узла 13, подключенного .через анализатор 6 и усилитель узла 13 к второму фотопри,емнику, начинает увеличиваться .. и

При изменении направления перемещения интерференционной нли муаровой полосы сигнал с выхода сумматора 5 .Начинает возрастать и процесс перехода работы с одного фотоприемника на другой будет обратный описанному, а на выходе сумматора 5 формируется линейно возрастающий сигнал.

Таким образом, за счет предлагаемой схемы блока формирователей, при, движении интерференционной или муаровой, полосы вдоль .фотоприемников к сумматору подводятся сигналы со всех фотоприемников, причем нх начальные участки сравниваются путем смещения рабочей точки уси-, лителей в блоке 4юрмирователей, а линейные участки выравниваются эа счет изменения коэффициента передачи сум-.. матора. Это позволяет плавно убирать сигнал с одного фотоприемника и усиливать с другого фотоппиемника,, что дает возможность избавнъься от искашеннй сигналов.

Точность измерения при этом повышается íà 20Х.

1055966

Составитель E. Глазкова

Редактор П. Коссей Техред С.Мигунова Корректор И. Эрдейь

° В6

Заказ 9285I31 Тираж 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4