Устройство управления допплеровским модулятором мессбауэровского спектрометра

Устройство управления допплеровским модулятором мессбауэровского спектрометра

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к аппаратуре для наблюдения ядерного гамма-резонанса, а именно к устройствам управления допплеровским модулятором мессбауэровского спектрометра. Целью изобретения является увеличение точности отработки закона движения исполнительным механизмом допплеровского модулятора. Для этого в устройстве управления, содержащем задающий генератор, соединенный через блок сравнения, усилитель сигнала рассогласования и усилитель мощности с исполнительным механизмом допплеровского модулятора, датчик скорости, при соединенный к второму входу блока сравнения, выполнен в виде лазерного интерферометра с подвижным отражателем и фотоэлектрическим преобразователем, соединенным с интегрирующим усилителем. Корпус интерферометра с расположенными внутри него оптическими элементами укреплен на исполнительном механизме, а подвижный отражатель выполнен в виде зеркала, соединенного с корпусом через упругий элемент и расположенного вдоль направляющей перемещения исполнительного механизма. Использование оптического датчика скорости ликвидирует влияние нелинейностей в зазоре катушек измерения скорости, влияние внешних магнитных полей, взаимоиндукции, а также позволяет снизить габариты вибратора. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„;SU„„1539621 (51)5 С 01 Б 24/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4344489/31-25 (22) 17.12.87 (46) 30.01.90. Бюл. N - 4 (71) Институт аналитического приборостроения Научно-технического объединения АН СССР (72) В.В.Куприянов (53) 539.143.43 (088.8) (56) Канкелайт Е, Обратная связь в электромеханических системах движения. — В кн.: Экспериментальная техника эффекта Мессбауэра. М.: Мир, 1967, с. 57-75 °

Томов Т. и др. Мессбауэровский спектрометр. — Приборы и техника эксперимента. 1967, Р 5, с. 138-142. (54) УСТРОИСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДОППЛЕРОВСКНМ МОДУЛЯТОРОМ МЕССБАУЭРОВСКОГО

СПЕКТРОМЕТРА (57) Изобретение относится к аппаратуре для наблюдения ядерного гаммарезонанса, а именно к устройствам управления допплеровским модулятором мессбауэровского спектрометра. Целью изобретения является увеличение точности отработки закона движения исполнительным механизмом допплеровскоИзобретение относится к аппаратуре для наблюдения ядерного гамма-резонанса, а. именно к устройствам управления. допплеровским модулятором мессбауэровского спектрометра.

Цель изобретения — увеличение точности отработки закона движения.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг ° 2 — диаграмма сигнала Uy задающего генерато2 го модулятора. Для этого в устройстве управления, содержащем задающий генератор, соединенный через блок сравнения, усилитель сигнала рассогласования и усилитель мощности с исполнительным механизмом допплеровского модулятора, датчик скорости, присоединенный к второму входу блока сравнения, выполнен в виде лазерного интерферометра с подвижным отражателем и фотоэлектрическим преобразователем, соединенным с интегрирующим усилителем. Корпус интерферометра с расположенными внутри него оптическими элементами укреплен на исполнительном механизме, а подвижный отражатель выполнен в виде зеркала, соединенного с корпусом через упругий элемент и расположенного вдоль направляющей перемещения исполнительно- (ro механизма. Использование оптического датчика скорости ликвидирует влияние нелинейностей в зазоре катушек измерения скорости, влияние О1 внешних магнитных полей, взаимоиндук- фЭ ции, а также позволяет снизить габа- (© риты вибратора. 5 ил.

1, И) ра от времени t; на фиг. 3 — диаграмма выходного сигнала U фотоэлект.рического преобразователя;на фиг. 4 диаграмма сигнала П с интегрирующего усилителя, на фиг. 5 — диаграмма . сигнала рассогласования U

Устройство управления допплеровским модулятором мессбауэровского спектрометра (фиг.1.) содержит допплеровский модулятор 1, задающий ге1539621

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 2 вырабатывает электрический аналог сигнала скорости (фиг. 2, зависимость U>(t)). Для простоты понимания рассмотрен случай закона перемещения исполнительного механизма, обеспечивающего модуляцию энергии гамма-излучения в режиме постоянного ускорения. Сигнал скорости Из,(й) сравнивается на блоке 3 сравнения с сигналом U (), поступаю- 55 щим на второй вход блока 3 сравнения с выхода интегрирующего усилителя

15 (фиг. 4), представляющим собой интеграл от выходного сигнала Uy(t) 45 нератор 2, соединенный через блок 3 сравнения, усилитель 4 сигнала рассогласования и усилитель 5 мощности с исполнительным механизмом допплеров5 ского модулятора l включающего обмотку б на каркасе 7, подключенную к выходу усилителя 5 мощности и помещенную в цилиндрическое поле магнитной системы, содержащей постоянный цилиндрический магнит 8 и цилиндрические магнитопроводы 9, причем каркас 7 укреплен на штоке 10, связанном с корпусом модулятора 1 через упругие элементы 11 в виде плоских пружин, центрирующих подвижную часть исполнительного механизма относительно магнитной системы и корпуса допплеровского модулятора, датчик скорости„ содержащий лазер 12, интерферометр 13, фотоэлектрический преобразователь 14 и интегрирующий усилитель 15, вход которого подключен к выходу фотоэлектрического преобразователя, а выход — к второму входу блока 3 сравнения. Корпус 16 интерферометра 13 укреплен на исполнительном механизме, например на штоке 10, в месте крепления к нему каркаса 7.

В корпусе 16 интерферометра 13 размещены его оптические элементы, включающие оптический блок 17 разведения луча лазера и сведения интерферирующих лучей, неподвижный отражатель

18, отклоняющую призму 19. Подвижный отражатель 20 установлен так, что луч, падающий и отраженный от него, параллелен направлению перемещения исполнительного механизма, причем подвижный отражатель соединен с корпусом 16 через упругий элемент 21. 0

Ход лучей в интерферометре показан стрелками. где Š— начальное расстояние в состоянии покоя подвижного отражателя, L — деформация упругого элемента, т.е. растяжение или сжатие его;

v(t) — скорость перемещения подвижного отражателя 20.

Выходной сигнал фотоэлектрического преобразователя 14 может быть записан в виде

U(t) = Ao+ А соя(о +

4Р

+ (— ) $ v(t) dt s, о (2) где Ао — постоянная составляющая, пропорциональная сумме интенсивностей интерферирующих лучей; (фиг.3) фотоэлектрического преобразователя 14, т.е. сигналом скорости, так как сигнал U (t) является сигнаФ лом ускорения исполнительного механизма. Разность сигналов U (t) — U,(t) = U (t) — сигнал рассогласования — после усиления на усилителе

4 и преобразования в ток в усилителе

5 мощности поступает как регулирующее воздействие на обмотку 6 исполнительного механизма.

Под действием активной силы F, возникающей вследствие протекания тока i через обмотку 6 исполнительного механизма, исполнительный механизм и укрепленный на нем корпус 16 интерферометра 13 приводятся в движение. Упругий элемент 21, через который подвижный отражатель 20 массой

m связан с корпусом интерферометра, деформируется на некоторую величину

В результате возникает сила упругости Р „р, зависящая от L, т.е.

F „ = f(L). Эта сила действует на подвижный отражатель 20, обеспечивая

его перемещение вместе с корпусом 16 интерферометра 13 и исполнительным механизмом. С другой стороны эта сила приложена к корпусу интерферометра и исполнительному механизму в противоположном направлении. Расстояние между подвижным отражателем и оптическим блоком 17 разделения луча лазера и сведения интерферирующих лучей при перемещении подвижного отражателя определяется соотношением

1., + 1. = J v(t) 1t, (1) о

5 15

А — амплитуда переменной составляющей полезного сигнала; с, — начальная разность фаз интерферирующих лучей в момент — О;

Ь вЂ” длина волны лазера.

Если подвижный отражатель 20 не движется (v(t) = О), то сигнал с выхода фотоэлектрического преобразователя 14 будет

U(t) = А, + А cos(q + p), (3) где - разность фаз интерферирующих лучей, обусловленная деформацией Ь упругого элемента 21, которая может быть определена из выражения (4) ч"= . 4Й/Л 1, Вследствие того, что перемещение подвижного отражателя 20 является функцией ускорения, то изменение разности фаз интерферирующих лучей также есть функция ускорения a:

q(t) = + 4Й/Л f (a) . (5) F ïð (6) шa X< = Flop., Х1= Хг+ т.э где X„, Х вЂ” смещение корпуса 16 интерферометра 13, подвижного отражателя 20 соответственно °

Сила упругости F „@ = (K,L + К L), где К, — коэффициент упругости; Кг— коэффициент вязкого трения.

Можно сказать, что деформация L упругого элемента 21, через который подвижный отражатель 20 связан с корпусом интерферометра и исполнительным механизмом, пропорциональна активной силе F, действующей на исполнительный механизм. Пренебрегая действием гравитационных сил, которые уравновешиваются пружинной подвеской исполнительного механизма, запишем уравнение динамики движения корпуса интерферометра и исполнительного механизма общей массой m и подвижного отражателя 20 массой т при действии активной силы Р относительно неподвижного корпуса допплеровского модулятора 1:

L+ (— + — )(KL+KL) = а (7) 1 1

5 m m г о или в операторной форме: (Р) = V(P).a (8) 10 где W(r)

P + (— + — )(К+ К Р)

1 1 ш„ — передаточная функция.

Уравнение (8) определяет зависи15 мость смещения подвижного отражателя

20 от ускорения исполнительного механизма под действием активной, силы F, то есть можно записать (Р) = + — . W(P) а

47 и (9) 20

Таким образом, выходной сигнал фотоэлектрического преобразователя

14 будет косинусной функцией ускорения. Для обеспечения линейности выходного сигнала фотоэлектрического преобразователя от ускорения передаточную функцию N(P) подбирают такой, чтобы изменение разности фаз интер30 ферирующих лучей в рабочем диапазоне измерений не превосходило + ЗТ или

+0,05236 рад. При этом отклонения от линейности функции косинуса составляет 0 01Х. В этом случае градуировочная характеристика может быть представлена зависимостью (10) U=Ka причем E = f (g ) и при ц = 90, 40 К = 1, что выполняется путем юстировки неподвижного плеча (отражателя 18) интерферометра.

Так как выходной сигнал U фотоэлектрического преобразователя 14

45 является функцией ускорения исполнительного механизма, то выходной сигнал U с выхода интегрирующего усилителя после компенсации постоянной составляющей Ар и интегрирования буреТ функцией сКоросТН

В предлагаемом устройстве влияние внешних магнитных полей, нелинейности поля в зазоре на точность отработки закона движения исполнительного механизма, а также взаимоиндукции между двигательной катушкой исполни- тельного механизма и датчиковой исключается. Так как интерферометр 13

39621 6

Решение системы уравнений (6) приводит к следующему выражению:

1539621 укрепляется на исполнительном механизме, а центры масс исполнительного механизма и подвижного отражателя 20 конструктивно могут быть расположены на одной координате по направлению движения исполнительного механизма, то фазовые искажения, связанные с рассогласованием координат и запаздыванием между током в двигательной катушке и напряжением с фотоэлектрического преобразователя 14, отсутствуют. При этом. само рассогласование через упругий элемент 21 является по,лезным сигналом, отражающим действие сил на исполнительный механизм.!

15

Данное устройство за счет увеличения на порядок линейности датчика скорости на основе интерферометра по отношению к датчику скорости извест- 20 ного устройства позволяет увеличить точность отработки закона движения исполнительного механизма на порядок.

Кроме того, малые фазовые искажения между задающим сигналом и сигналом скорости дают возможность поднять на порядок коэффициент усиления по петле обратной связи, без потери устойчивости системы управления, что также приводит к увеличению точности. Конст- 30 рукция датчика скорости позволяет упростить конструкцию допплеровского модулятора и минимизировать его размеры.

Ф о р м у л а и з обретения

Устройство управления допплеровским модулятором мессбауэровского спектрометра, содержащее задающий генератор, соединенный через последовательно включенные блок сравнения, усилитель сигнала рассогласования и усилитель мощности с исполнительным ,механизмом модулятора, включающий датчик скорости, соединенный с вторым входом блока сравнения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности отработки закона движения, датчик скорости выполнен в вице лазерного интерферометра с подвижным отражателем, корпус интерферометра с расположенными внутри него оптическими элементами укреплен на исполнительном механизме, причем подвижный отражатель соединен с корпусом интерферометра через упругий элемент и расположен так, что направление луча лазера падающего на -. него и отраженного, совпадает с направлением перемещения исполнительного механизма, при этом интерферометр оптически соединен с фотоэлектрическим преобразователем, соединенным через интегрирующий усилитель с вторым входом блока сравнения.

1539621

Рие.5

Составитель В.Филиппов

Редактор А.Маковская Техред М.Ходанич Корректор Т. Палий

Тираж 484

Заказ 212

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101