Измеритель линейных перемещений

Измеритель линейных перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ИЗМЕРИТЕЛЬ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ , содержащий оптически связанные излучатель, полупрозрачное зеркало , фотоприемник с диафрагмой, блок усилителя с фотоприемником, подключенные к фотоприемнику с диафрагмой, и индикаторное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен призмой типа БМ-90-90°, расположенной по ходу пучка излучения от излучателя так, что ее входная грань составляет угол 45° с направлением пучка, .а четыре других ее грани параллельны пучку, двумя зеркалами, установленными напротив входной и выходной граней призмы так, что плоС кости зеркал параллельны сторонам соответствующих граней призмы, перпендикулярным направлению входящего пучка излучения , вторым фотоприемником с диафрагмой, плоскость которой параллельна плоскости диафрагмы первого фотоприемника с диафрагмой , ориентированной щелью перпендикулярно плоскости падения пучка, отраженного от зеркала, установленного напротив входной грани призмы, а щель диафрагмы Q второго фотоприемника ориентирована параллельно плоскости падения пучка, отра- Л женного от другого зеркала, измеритель снабжен дифференциальным усилителем, входы которого подключены к фотоприемникам, а выход - к индикаторному устройству. . g

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„;SU„,111 672

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ (21) 3587054/25-28 (22) 21.02.83 (46) 15.09.84. Бюл. № 34 (72) В. М. Аранчук, В. Г. Беляев, Ф. Г. Дрик

С. А. Зубко, А. П. Селюнин и В. Е. Карпов (71) Институт прикладной физики АН Белорусской ССР (53) 535.6:531.14 (088.8) (56) 1. Застрогин Ю. Ф. Контроль параметров движения с использованием лазеров.

М., «Машиностроение», 1981, с. 104.

2. Авторское свидетельство СССР № 449235, кл. G 01 В 21/00, 1974 (прототип) . (54) (57) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЛИНЕР(НЫХ ПЕРЕМЕШЕНИР1, содержащий оптически связанные излучатель, полупрозрачное зеркало, фотоприемник с диафрагмой, блок усилителя с фотоприемником, подключенные к фотоприемнику с диафрагмой, н индикаторное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен призмой типа БМ-90-90;, расположенной по ходу пучка излучения от излучателя так, что ее входная грань составляет угол 45 с направлением пучка, .а четыре других ее грани параллельны пучку, двумя зеркалами, установленными напротив входной и выходной граней призмы так, что плос. кости зеркал параллельны сторонам соответствующих граней призмы, перпендикулярным направлению входящего пучка излучения, вторым фотоприемником с диафрагмой, плоскость которой параллельна плоскости диафрагмы первого фотоприемника с диафрагмой, ориентированной щелью перпендикулярно плоскости падения пучка, отраженного от зеркала, установленного напротив входной грани призмы, а щель диафрагмы ф второго фотоприемника ориентирована параллельно плоскости падения пучка, отра- фф . женного от другого зеркала, измеритель снаб жен дифференциальным усилителем, входы которого подключены к фотоприемникам, а выход — к индикаторному устройству.. Я

11! 3(>72

Изобретение относится к измерительной мещении, содержащии оптически связанные излучатель, полупрозрачное зеркало и фотоприемник с диафрагмой, блок усилителя с фотоприемником, подключенные к фотоприемнику с диафрагмой, и индикаторное устройство 12 ) .

Недостаток такого измерителя — невысокая точность измерений, обусловленная погрешностью, вносимой некотролируемыми угловыми перемещениями объекта.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что измеритель

15 линейных перемещений, содержащий оптически связанные излучатель, полупрозрачное зеркало и фотоприемник с диафрагмой, блок усилителя с фотоприемником, подключенные к фотоприемнику с диафрагмой, и индикаторное устройство, снабжен призмой гипа БМ-90-90, расположенной по ходу пучка излучения от излучателя так, что ее входная грань составляет угол 45 с направлением пучка, а четыре других ее грани napaлЗО лельны пучку, двумя зеркалами, установленными напротив входной и выходной граней призмы так, что плоскости зеркал параллельны сторонам соответствующих гранеи призмы, перпендикулярным йаправлению входящего пучка излучения, вторым фотоприемни

35 ком с диафрагмой, плоскость которой параллельна плоскости диафрагмы первого фотоприемника с диафрагмой, ориентированной щелью перпендикулярно плоскости падения пучка, отраженного от зеркала, установленного напротив входной грани призмы, а щель диафрагмы второго фотоприемника ориентирована параллельно плоскости падения пучка, отраженного от другого зеркала, измеритель снабжен дифференциальным усилителем, входы которого подключены к фотоприемникам, и выход -- к индикаторному устройству.

На чертеже изображена структурная схема измерителя лInåéíûx перемещений.

Измеритель линейных перемещений содержит излучатель — лазер 1, фотоприемник 2 с диафрагмой 3, полупрозрачное зер50 кало 4, блок 5 усилителя с фотоприемником

6 и индикаторное устройство 7. Кроме этого, измеритель содержит призму 8, например, типа 5М-90-90, расположеннукэ ио ходу пучка излучения пТ лазера так, что ее входтехнике и может быть использовано, например, при вибрационных испытаниях.

Известны измерители- линейных перемещений, Содержащие лазер и позиционно-чувствительный фотоприемник 11).

Однако измерители имеют невысокую точность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является измеритель линейных пере1О ная грань составляет угол 45 с направлением пучка, а четыре других ее грани параллельны ему, зеркало 9, расположенное в пучке, отклоненном входной гранью призмы

8 так, что оно параллельно сторонам входной грани призмы 8, которые направлены перпендикулярно направлению пучка лазера 1. В пучке, отклоненном выходной гранью прйзмы 8, расположено зеркало IO так, что оно параллельно сторонам выходной грани призмы 8, направленных перпендикулярно направлению пучка лазера !. Пучки, отраженные зеркалами 9 и 10, падают на контролируемый объект 1!.

Оба пучка Jló÷åé otpa>KaK)TcH от контполируемого объекта 11 в одной точке. Зто достигается тем, что первое зеркало 9, расположенное по ходу пучка излучения, отраженного от входной грани призмы 8, расположено параллельно сторонам а и Ь этой грани, которые направлены перпендикулярно направлению пучка лазера, а второе зеркало 10, расположенное по ходу пучка излучения, отраженного от выходной грани призмы 8, расположено параллельно сторонам с и d этой грани, которые направлены перпендикулярно направленик> пучка лазера и направлению сторон а и Ь входной грани призмы 8. При этом первое зеркало 9 может менять свой наклон огносительно падающего на него пучка, оставаясь параллельным сторонам а и в входной грани призмы

8, а зеркало 10 может менять свой наклон относительно падающего на него пучка, оставаясь параллельным сторонам с и d выходной грани призмы 8. Зто позволяет совместить оба падающих на контролируемый объект 1! пучка в одной точке на его поверхности

B пучке, отраженном от зеркала 0 и контролируемого объекта 11, расположен второй фотоприемник 12 с диафрагмой 13.

Шель диафрагмы 13 параллельна щели диафрагмы 3 фотоприемника 2, расположенного в пучке, отраженном от зеркала 9 и контролируемого обьекта 11. Диафрагма 3 расположена так, что ее щель перпендикулярна плоскости падения пучка, отраженного от зеркала 9, а диафрагма 13 расположена так, что ее щель параллельна плоскости падения пучка, отраженного от зеркала 10.

Фотоприемники 2 и 12 подключены к входам дифференциального усилителя 14, выход которого подключен к индикаторному устройству 7.

Оптический измеритель линейных перемещений работает следующим образом.

Лазер I располагается относительно контролируемого объекта 11 так, чтобы в отсутствие призмы 8 пучок лазера I падал нормально поверхности контролируемого объекта 11 в измеряемой точке. Пучок лазера I падает на входную грань призмы 8, напри! 1 13672

Составитель С. Грачев

Редактор М. Недолуженко ТехредИ. Верее Корректор И. Муска

За каз 6201/34 Тираж 586 11одпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н. открытий

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

Филиал ППП Патентв, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 мер, типа БМ-90-90 и отражается ею так, что направление отраженного входной гранью пучка, например первого пучка, составляет угол 90 с первоначальным направлением пучка лазера l. Часть излучения пучка лазера 1 проходит через входную грань призмы 8 и отражается выходной гранью призмы

8 так, что направление отраженного пучка, например второго пучка, составляет угол 90 с первоначальным направлением пучка лазера 1 и угол 90 с направлением первого пучка. Первый пучок отражается зеркалом 9 в измеряемую точку на поверхности контролируемого объекта ll. Второй пучок отражается зеркалом 10 в ту же измеряемую точку на поверхности контролируемого объекта

II, Плоскости падения первого и второго пучков на контролируемый объект 11 взаимно перпендикулярны. При перемещении контролируемого объекта I! отраженные от него первый и второй пучки перемещаются относительно диафрагм 3 и 13 соответственно. Интенсивность излучения распределена по поперечному сечению лазерного пучка по закону Гаусса. Поэтому при перемещении, пучка поперек щели диафрагмы интенсивность прошедшего через нее излучения получает приращение, причем перемещение пучка относительно щели диафрагмы происходит в пределах линейного участка кривой

Гаусса, что достигается выбором ширины щели диафрагмы d =O,lr, где г — радиус пучка в плоскости диафрагмы. При перемещении пучка вдоль 1цели диафрагмы интенсивность излучения, прошедшего через нее, не изменяется. Это достигается выбором длины щели диафрагмы d 2 — Зг. При перемещении контролируемого объекта 11 сигнал на фотоприемнике 2 пропорционален сумме сигнала, обусловленного линейным перемещением контролируемого объекта 11, и сигнала, обусловленного его угловым перемещением в плоскости падения первого пучка, так как эти перемещения приводят к перемещению первого пучка поперек щели диафрагмы

3, а угловые перемещения контролируемого объекта 11 в плоскости падении второго пучка приводят к перемещению первого пучка вдоль щели диафрагмы 3 и не вызывают сигнала на фотоприемнике 2. Сигнал на фотоприемнике 12 пропорционален угловому переме1цению контролируемого объекта 11 в плоскости падения первого пучка, так как при этом второй пучок перемещается попе1О рек щели диафсрагмы 13. Линейное перемещение и угловые перемещения контролируемого объекта 11 в плоскости падения второго пучка приводят к перемещению второго пучка вдоль щели диафрагмы 13, что не вызывает сигнала на фотоприемнике 12. Сигналы с фотоприемников 2 и 12 поступают на входы дифференциального усилителя 14, выходной сигнал которого пропорционален линейному перемещению контролируемого объекта, которое определяется по показаниям индикаторного устройства 7. Это поясняется формулой выл = 1-!од+ Uoy Уд в где U -сигнал на выходе дифференциального усилителя 14;

Ця- СОСтаВЛЯЮ1ЦаЯ СИГНаЛа На ВЫХОДЕ фотоприемника 2, обусловленная линейными перемещениями контролируемого объекта ll;

Uîó составляющая сигнала на выходе фотоприемника 2, обусловленная

30 угловыми перемещениями контролируемого объекта 11;

1 д — сигнал на выходе фотоприемнка 12.

Так как !1оу= 1.!д,то 1-1выа= Uo

Оснащение измерителя линейных перемещений расположенными указанным образом призмой БМ-90-90, двумя зеркалами, третьим фотоприемником с диафрагмой и дифференциальным усилителем позволяет устранить погрешность, обусловленную угло.

40 выми колебаниями объекта и повысить точ ность измерений примерно в 3 раза.