Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений

Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является расширение диапазона измерений за счет обеспечения возможности измерения линейных перемещений с лю

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„.,Я0„„441198 (511 4 G 01 В 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М А BTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4212405/24-28 (22) 19.03 ° 87 (46) 30.11.88. Бюл, Р 44 (72) А.А.Нескородов, К,Е.Карашоков и N.Ï.Ëåùåíêî (53) 531.7(088.8) (56) Измерительная техника. 1972, 11 4, с. 15-17, (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является расширение диапазона измерений за счет обеспечения возможности измерения линейных перемещений с лю1

1441198 бой скоростью. Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений содержит оптически связанные источник 1 когерентного излучения и интерферометр 2, в одном из плеч которого расположен фазовый модулятор 3, при подаче на вход которо го гармонического модулирующего напряжения и смещении подвижного отражателя интерферометра 2 первый и второй фотоприемники 5 6 регистрируют смещение интерференционных полос.

С выходов фотоприемников 5 6 сигналы поступают через ключи 7,8 на низкочастотные блоки 9,13 и на входы фильтров 17,21 верхних частот соответственно. Фильтры 12,16 нижних частот, расположенные в соответствующих низкочастотных блоках 9, 13, и фильтры 17,21 верхних частот являются фильтрами первого порядка с оди1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений эа счет обеспечения воэможности измерения линейных перемещений с любой скоростью.

На фиг, 1 приведена блок-схема предложенного устройства; на фиг, 2 временные диаграммы работы его элементов.

Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений содержит оптически связанные источник 1 когерентного излучения и интерферометр 2, фазовый модулятор 3, расположенный на одном из. плеч интерферометра 2, генератор 4, выход которого связан с вхддом фазового модулятора 3, первый и второй фотоприемники

5 и 6, оптически связанные с интерферометром 2 и расположенные со смещени ем в пределах одной интерференционной полосы, первый и второй аналоговые ключи 7;8, входы которых связаны соответственно с выходами первого и второго фотоприемников 5,6, первый

1О

25 иаковыми частотами полюсов. Работой реверсивного счетчика 25 управляют сигналы с выходов сумматоров 19, 23, которые при частотах, меньпшх частот полюсов фильтров, определяются преимущественно сигналами с выходов низкочастотных блоков 9,13, а при частотах, больших частот полюсов фильтров, — сигналами с выходов фильтров

17,21 верхних частот, при частотах, равных частотам полюсов, — суммарным сигналом с выходов блоков 9,13 и фильтров 17,21. Для исключения искажения полезного сигнала за счет. низкочастотных биений при частоте, равной частоте модулирующего напряжения, сигналом с выхода компаратора 29 закрываются ключи 7,8 и отключаются соответствующие низкочастотные блоки 9,13. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

2 низкочастотный блок 9, содержащий последовательно связанные первый усилитель 10 вход которого является входом первого низкочастотного блока

9 и связан с выходом первого аналогового ключа 7, первый синхронный детектор 11, второй вход которого связан с выходом генератора 4, и первый фильтр 12 нижних частот, выход которого является выходом первого низкочастотного блока 9, второй низкочастотный блок 13, содержащий последовательно связанные второй усилитель 14, вход которого является входом второго низкочастотного блока и связан с выходом второго аналогового ключа 8, второй синхронный детектор 15, второй вход которого связан с выходом генератора 4, и второй фильтр 16 нижних частот, выход которого является выходом второго низкочастотного блока

13, последовательно связанные первый фильтр 17 верхних частот, вход которого связан с выходом первого фотоприемника 5, первый широкополосный усилитель 18, первый сумматор 19, второй вход которого связан с выходом второго низкочастотного блока 13, и первый компаратор 20, последова1441198

Устройство работает следующим образом.

При подаче на вход фазового модулятора 3 гармонического модулирующего напряжения с круговой частотой

И и смещении подвижного отражателя

30 интерферометра 2 первый 5 и второй 6 фотоприемники регистрируют смещение

» интерференционных полос. При этом напряжение на их выходе может быть представлено в виде (соответственно фиг. 2 а, б):

23 хп

U = А + А sin(— — + Zsin(u t)

РП, OI 1 Я

2rixn

»»ф II = р + рсos (д + in <»t) ф 40

rpe Ав s Ао2 постоянные составляющие выходного напряжения фотоприемников; амплитуды полезных 45 составляющих напряжений на выходе первого и второго фотоприемников; ещение подвижного 50 отражателя интерферометра; кратность прохождения опорным лучом измеряемого отрезка перемещения; глубина модуляции фазы; длина волны света, А, А тельно связанные второй фильтр 21 верхних частот, вход которого связан с выходом второго фотоприемника 6, второй широкополосный усилитель 22, второй сумматор 23, второй вход которого связан с выходом первого низкочастотного блока 9, и второй компаратор 24, реверсивный счетчик 25, первый и второй входы которого связа- ) ны соответственно с выходами перво го .и второго компараторов 20, 24, последовательно связанные третий фильтр 26 верхних частот, вход которого связан с выходом первого фо- 15 топриемника 5, детектор 27, сглаживающий фильтр 28 и третий компаратор 29, выход которого связан с вторыми входами первого и второго аналоговых ключей 7,8, источник 30 опорного на- 20 пряжения, выход которого связан с вторым входом третьего компаратора 29.

С выхода фотоприемников 5 и 6 через ключи 7 и 8 сигналы поступают на входы первого и второго низкочастотных блоков 9 и 13 соответственно, где усиливаются усилителями 10, 14 (фиг. 2 в, г), детектируются синхронными детекторами 11 15, фильтруются фильтрами 12, 16 нижних частот соответственно. При условии В Л) 4, где  — полоса пропускания усилителей 10 14; u) — верхняя граничная частота фильтра нижних частот, комплексная часть коэффициентов передачи первого и второго низкочастотных блоков 9, 13 полностью определяется коэффициентом передачи фильтров 12, 16 нижних частот соответственно. Сигналы на выходе низкочастотных блоков

9, 13 имеют вид (фиг. 2 д):

U< = I К (м) И К (ш) f А, I=, I (Z) со s ——

4 2л пх

П = Кц (ы)1 1 К (иг) А2г" Х (Е) $1п -- -р

4 2 пх

l л

rpe I (Z ) — функция Бесселя пер1 вого порядка;

К (@), К (ш) — коэффициенты передачи первого и второго ключей 7 и 8 соответственно;

К (ы) К (ш) — коэффициенты передачи

g > e первого и второго низкочастотных блоков 9,.

13 соответственно;

2/(П1

CO =

Я где 1 — скорость движения подвижного отражателя интерферометра 2.

Зависимость напряжения на выходе второго низкочастотного блока 13 аналогична зависимости на фиг. 2 д, но сдвинута по отношению к ней по фазе Я2.

Кроме того, выходные сигналы первого 5 и второго 6 фотоприемников фильтруются первым и вторым фильтрами 17, 21 верхних частот соответственно. При этом отфильтровываются постоянные составляющие в выходных сигналах фотоприемников, а также их флуктуации при условии Иф c alps где Ю вЂ” верхняя частота флуктуаций постоянной составляющей выходного сигнала фотоприемника, й>1, — частота полюса фильтра верхних частот. Выход1441 1

2//nz

Цгэ = Uocos 7Г в ные сигналы фильтров 17, 21 верхних частот усиливаются соответственно первым и вторым широкополосными усилителями 18, 22. При этом сигналы

5 на выходе первого и второго усилителей 18, 22 имеют вид (фиг. 2 е):

U, А Хо (Z) sin --Я вЂ” I K>7(ы} / 1 Кц(ш) /

2Гпх

1О

U„ A,Z. (Z)cps ->-"— 1К«()! f К„()/, где К (cu), К (ы) — коэффициенты передачи фильтров

l7 21 верхних 15 частот;

К, (ж), К (м) — коэффициенты передачи усилителей !8 и 22.

Зависимость напряжения на выходе 20 первого широкополосного усилителя

l8 аналогична зависимости на фиг. 2 е, но сдвинута по отношению к ней по

fi фазе на — .

Значения коэффициентов передачи входящих элементов подбираются так, что амплитуды сигналов на входах сумматоров 19, 23 в полосе равномерного пропускания фильтров имеют одинако- 30 вое значение.

Искажений в обрабатываемом сигнале на частотах, близких к частоте р, не будет, если как фильтры верхних частот, так и фильтры нижних частот являются фильтрами первого порядка .с одинаковыми частотами полюсов Mpg = и я, где co < — частота полюса фильтра нижних частот.

При выполнении этих требований на выходах сумматоров !9, 23 при присутствуют гармонические сигналы (фиг. 2 з,ж соответственно):

2Гпх

U = csin

45 однако при м (а,сигнал будет искажен за счет низкочастотных биений между 50 опорным сигналом синхронных детекторов 11, 15 и сигналом с выходом фотоприемников 5,6, усиленных усилителями 10 и 14.

Чтобы исключить эти искажения сиг- 55 . нал с выхода одного из фотоприемников подается через фильтр 26.верхних частот и детектор 27 на сглаживающий фильтр 28, где преобразуется в .посто98 6 янный сигнал с амплитудой, пропорциональной частоте информационного сигнала, и сравнивается на компараторе

29 с опорным сигналом от источника

30 опорного напряжения так, что при достижении некоторой частоты и/,„

c,cd+ (й, компаратор 29 вырабатывает ступенчатый сигнал, управляющий ключами 7 и 8.

Ключи размыкаются и запрещают прохождение сигнала на вход низкочастотных блоков 9 и 13 до тех пор, пока частота сигнала на выходе фотоприемников 5, 6 не станет меньше, т,е, исключена зависимость предельной скорости перемещения объекта от частоты модуляции.

Ф.о р м у л а и з о б р е т е н и я

l. .Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений, содержащее оптически связанные источник когерентного излучения и интерферометр, первый и второй фотоприемники, оптически связанные с интерферометром и размещаемые со смещением в пределах одной интерференпионной полосы, последовательно соединенные генератор и фазовый модулятор, расположенный в одном из плеч интерферометра, первый и второй низкочастотные измерительные блоки, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных усилителя, вход которого является выходом соответствующего низкочастотного измерительного блока, синхронного детектора и фильтра нижних частот, выход которого является выходом соответствующего низкочастотного измерительного блока, первый ° и второй компараторы, реверсивный счетчик, первый и второй входы которого связаны соответственно с вьгходами первого и второго компараторов, выход генератора связан с вторыми

l входами синхронных детекторов каждого низкочастотного блока, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений, оно снабжено первым и вторым аналоговыми ключами, выходы которых связаны соответственно с входами первого и второго низкочастотных блоков, последовательно связанными первым фильтром верхних частот, вход которого связан с выхоI дом первого фотойриемника и первым входом первого аналогового ключа, 1441198

Составитель С. Конюхов

Техред М.Ходанич Корректор M. Шароши

Редактор М, Келемеш

Заказ 6275/42

Тираж 680

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4. первым широкополосным усилителем и первым сумматором, выход которого связан с входом первого компаратора, второй вход — с выходом второго низкочастотного блока, последовательно связанными вторым фильтром верхних частот, вход которого связан с выходом второго фотоприемника и первым входом второго аналогового ключа, вторым широкополосным усилителем и втсрым сумматором, выход которого связан с входом второго комларатора, второй вход — с выходом первого низкочастотного блока, последовательно связанными третьим фильтром верхних

f/ л у частот, вход которого связан с выходом первого фотоприемника, детектором, сглаживающим фильтром и третьим

5 компаратором, выход которого связан с вторыми входами первого и второго аналоговых ключей, источником опорного напряжения, выход которого связан с BTopbM входом третьего компа10 ратора г

2, Устройство по п, 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в качестве фильтров верхних и нижних частот используются фильтры первого порядка с одинаковыми постоянными времени. в