Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений

Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения линейных перемещений, амплитуд вибраций, линейных размеров деталей. Целью изобретения является повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений объектов введен блок накопления, а блок управления снабжен дополнительным выходом. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ят)з 6 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЪ|Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЪ|ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4851395/28 (22) 07,06.90 (4б) 30.10.92. Бюл. % 40 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством

Минского радиотехнического института (72) А.Н.Мотуз, А.К,Полонин, В.А.Абрамов и

П.Н,Войтещук (56) Авторское свидетельства СССР

М 781558, кл. 6 01 В 11/00, 1976.

Авторское свидетельство СССР

N 1479829, кл, G 01 В 21/00, 1989.

Авторское свидетельство СССР

N 1б20835, кл. 6 01 В 21/00, 1988. (54) ОПТИКО-3flEKTPOHH0E УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений, амплитуд вибраций, линейных размеров деталей.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений состоит из оптически связанных оптической системы 1 для формирования интерференционных полос и дискретного фотопреобразователя 2, светочувствительный слой которого выполнен в виде системы из 32 параллельных электрически изолированных фотоприемников, последовательно соединенных блока

3 обработки сигнала, информационный вход которого соединен с выходом дискретного фотопреобразавателя 2, блок 4 формирователей, блока 5 счета, блока 6 (О) 5U (Щ 1 7726 5 А 1 (57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения линейных перемещений, амплитуд вибра ций, линейных размеров деталей. Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, чта в оптико-электронное устройства для измерения линейных перемещений обьектав введен блок накопления, а блок управления снабжен дополнительным выходом. 1 ил. накопления и блок 7 индикации, блока 8 управления, выходы считывания которого соединены с управляющими входами дискретного фотопреобразователя 2, а первый, второй и третий выходы блока 8 управления соединены соответственно с первым, вто- ЬЭ рым и третьим управляющими входами бло- 0 ка 3 обработки сигнала, причем третий выход блока 8 управления также соединен с (Я первым управляющим входом блока 4 формирователей и вторым входом блока 5 счета, четвертый выход блока 8 управления соединен с третьим входом блака 5 счета, второй управляющий вход блока 4 соединен с первым входом блока 8 управления и первым управляющим выходом блока 5 счета, третий управляющий вход блока 4 соединен со вторым входом блока 8 управления и вторым управляющим выходом блока 5 счета. пятый дополнительный выход блока 8 управления является выходом второго одно1772625 вибратара в блоке 8 управления и соединен со вторым управляющим входом блока 6 накопления, первый управляющий вход блока 6 накопления соединен с первым входом блока 5 счета.

Блок 6 накопления выполнен в виде последовательно соединенных сумматора 9, первая группа входов которого является входами блока 6 накопления и подключена к выходу блока 5 счета, первого буферного регистра 10, первая группа выходов которого соединена.со второй группой входов сум. матора 9 и второго буферного регистра 11, выходы которого являют ся выходами блока

6 накопления и соединены с входами блока

7 индикации, счетчика 12, вход которого является вгорым управляющим входом блока

6 накопления и соедикеи с пятым дополнительным выходам блока 8 управления, выход счетчика 12 соединен с управля(ощим входом второго буферного регистра 11 с входом сброса счетчика 12 и с входом второго одиовибратара 14, первого одиовибратора 13, вход которого является первым управляющим входом блока 6 накопления и соединен с первым входом блока 5 счета, выход соединен с управляющим входом первого буферного регистра 10, второго адиовибратора 14, выход которого соединен с входом сброса первого буферного регистра

10.

Блок 8 управления выполнен аналогично прототипу и содержит генератор тактовых импульсов, схему счета, дешифратор, схему инверсии кода, схему согласования, первый мультивибратар, второй.мультивибратор, пе(>ву а схему И-НЕ, вторую схему

И-НЕ и пять адиовибратаров, причем, в отличие от прототипа, блок 8 управления содержит пятый дополнительный выход, который соединен с выходом второго адиовибратора блока управления. Все остальные связи предлагаемого блока управления аналогичны блоку управления в прототипе.

Блок 3 обработки сигнала, блок 4 фор .мирователей, блок 5 счета и блок 7 индикации в предлагаеио(л устройстве аналогичны по своему построению соответствующим блокам в устройстве, взятом за прототип.

Устройство работает следующим образом.

Иэ интерференционной картины, сформированной блоком 1 формирования интерференционных полос, выделяются два полосы, темная и светлая, которые проецируются на дискретный фотопреабразаватель 2, на выходе которого формируются сигналы, пропорциональные распределению освещенности вдоль выделанного участка, Расстояние между крайними фотоприемниками дискретного фотопреабразователя 2 равно периоду интерферекциониой полосы, При ликейиых перемещениях контролируемого объекта происходит перемещение границы раздела иитерферекционкых палас по фотоприемникам дискретного фотопреобразователя 2, в результате чего на его выходе формируется электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна величине перемещения, а фаза связана с про10 странственным положением фотоприемников в дискретном фотопреобдля вычисления среднего значения ииформациаииага сигнала за время опроса элементов дискретного фатапреабразователя и сравнении текущего значения амплитуды информационного сигнала са средним значением, вычисленным и записанным в буферные регистры блока 3 в предыдущем

40 цикле опроса элементов дискретного фотопреобразователя 2, С выхода блока 3 обработки сигнала снимаются прямоугольные импульсы, причем на период следования интерфереициоккых полос приходится один импульс, а его фронты соатветству ат моменту времени, при которо:л происходит перехад от темной к светлой полосе и наоборот. Прямоугольные импульсы с выхода блока 3 обработки сигнала поступают на вход блока 4 формирователей, где преобразуются в короткие импульсы, фаза которых

55 привязана к переднему и заднему фронтам импульса с выхода блока 3 обработки сигнала. Блок4 формирователей в зависимости от состояния блока 5 счета пропускает импульсы, соответствующие переднему фронту сигнала с выхода блока 3 обработки сигнаразователе 2.

15 Фиксируя номер опрашиваемого столбца фотопреобразавателя 2, на котором находится - Граf(ица раздела иитерферекциоиных полос, маико однозначна определить величину перемещения

20 объекта из выражения: (= N, 2п где Л- длина волны зандиру ащега излучения;

25 и — количество столбцов дискретного фотапреабразавателя 2, приходящихся на ширину двух соседних иитерфереициаикых полос:

N — номер опрашиваемого столбца дис30 кретнаго фотапреабразавателя 2.

Сигнал, снимаемый со всех элементов столбца дискретного фатапреабраэавателя

2, поступает на вход блока 3 обработки сигнала, где преобразуется АЦП в цифровой

35 код, который далее используется в блоке 3

1772625 ла, или заднему, а также пропускает импульс с третьего выхода блока 8 управления в случае, если не поступил за время опроса столбцов дискретного фотоп реобразователя 2 импульс с выхода блока 3 обработки сигнала. По заднему фронту импульса с третьего выхода блока 8 управления происходит занос в блок 5 счета нулей и обнуление блока 7 индикации.

В исходном состоянии, когда обьект не движется, и на приемную часть дискретного фотопреобраэователя 2 спроецированы две полосы с максимальной и минимальной освещенностью, на первый вход блока 5 счета приходит импульс с выхода блока 4 формирователей в момент, когда счетчики в блоке

5 счета уже обнулены импульсом с третьего выхода блока 8 управления, состояние первого буферного регистра 10, второго буферного регистра 11 и счетчика 12 сброшены в ноль, путем нажатия кнопки "Сброс" (на фиг.1 не показана). Таким образом, в исходном состоянии показания блока 7 индикации нулевые. При смещении обьекта происходит движение полос интерференционной картины, направление которого определяет знак, а число полос, прошедших по дискретному фотопреобразователю 2 — его величину. При движении полос последовательно засвечиваются столбцы дискретного фотопреобразователя 2 от 1-ro до n-ro u соответственно последовательно появляются импульсы, с выхода блока 4 формирователей. Число импульсов, поступивших с четвертого выхода блока 8 управления на третий вход блока 5 счета, соответствует числу опрошенных столбцов фотопреобразователя 2, на котором находится граница раздела интерференционных полос. Это число, с приходом импульса на первый вход блока 5 счета, передается в сумматор 9 и одновременно по импульсу сформированному одновибратором 13, то число записывается в буферный регистр 10 и передается на вторую группу входов сумматора 9. В следующем цикле опроса элементов дискретного фотопреобразователя 2, с выхода сумматора 9 снимается код суммы чисел поступившим на первую группу входов сумматора 9 с кодом на второй группе входов, пришедших с выхода буферного регистра

10, записанные в предыдущем цикле опроса элементов дискретного фотопреобразователя 2. В буферный регистр 10 импульсом с выхода одновибратора 13 будет записана сумма чисел кодов по первому и второму циклу опроса элементов фотопреобразователя 2.

В следующем цикле опроса в буферный регистр 10 будет записан код суммы чисел

55 за три цикла опроса элементов фотопреобразователя 2 и т.д, Таким образом, в буферный регистр 10 будет записан результат суммы кодов чисел за время накопления, которое определяется количеством циклов опроса элементов фотопреобразователя 2.

С выхода буферного регистра f0 снимается среднее значение, вычисленное как результат деления кода накопленной суммы чисел на число, соответствующее количеству циклов опроса элементов фотопреобразователя 2 за время накопления. С пятого дополнительного выхода блока 8 управления (выход второго одновибратора 29, см, блок-схему прототипа) снимается импульс, длительность которого соответствует одному циклу опроса, этот импульс подается на вход счетчика 12, который сосчитывает их и по истечению времени накопления выдает на выходе импульс, по переднему фронту которого происходит запись усредненного результата измерений B буферный регистр

11, а по заднему — сброс счетчиков 12 в

"ноль". Одновибратор 14 по переднему фронту импульса с выхода счетчика 12 формирует короткий импульс, который сбрасывает состояние буферного регистра 10 в

"ноль", и таким образом, блок 6 накопления готов к принятию следующей информации в последующем цикле накопления. Число, записанное в буферный регистр 11, отображается на индикаторах младшего разряда (ИМР) блока 7 индикатора и соответствует смещению дробной части интерференционной полосы.

Длительность импульса с выхода одновибратора 13 устанавливается больше, чем время суммирования сумматором 9, а длительность импульсов с выхода одновибратора 14 устанавливается больше времени задержки передачи числа с выхода буферного регистра 11 на вход индикаторов в блоке

7 индикации. Время накопления, по истечению которого происходит индикация усредненного результата измерений микроперемещений, устанавливается так, чтобы обеспечить требуемую точность и скорость отображения информации, с учетом возможной частоты колебаний контролируемого обьекта, При этом предполагается, что контролируемый объект эа время накопления может изменить свое положение только один раз, т.е. чтобы отследить положение объекта в реальном масштабе времени, необходимо, чтобы частота следования импульсов с выхода счетчика 12 была равна или больше удвоенной максимальной частоты колебания контролируемого обьекта.

Схема блока 5 счета построена так, что обеспечивает увеличение показаний инди1772625 каторов старших разрядов в блоке 7 индикации независимо от знака смещения при появлении цифры 00 после цифры 31 на выходе блока 5 и исключает увеличение показаний индикаторов старших разрядов при возникновении цифры 00 вслед за цифрой 01. Схема позволяет также уменьшить показание индикатора старшего разряда на

1 при появлении на выходе блока 5 цифры

31 после цифры 00. учитывая то, что внешние вибрации лежат в диапазоне 0,1 до 600

Гц и носят в основном колебательный характер, в схема счета построена по реверсу с учетом знака перемещения, то ошибка измерений будет уменьшена по сравнению с известным устройством, путем усреднения результата измерений эа время Тн (время накопления). В известном устройстве по прототипу, ошибка измерений будет больше, т.е. индикация результата измерений происходит в каждом цикле опроса элементов фотопреобразователя 2, а частота повторения импульсов, соответствующих длительности одному.циклу опроса, вдесать и более раэ превосходит верхнюю частоту действия помехи, в таком случае, устройство будет отображать истинное положение обьекта с учетом действия на него помехи, что приводит к снижению точности измерений.

В предлагаемом устройстве ошибка измерений будет меньше, т.к. действие помехи на контролируемый обьект эа время накопления будет учтено в каждом цикле опроса, т.е. просуммировано с учетом знака, и усреднено, что в конечном итоге позволяет повысить точность измерений..

Формула изобретения

Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений, содержащее оптически связанные оптическую систему формирования интерференционных полос и дискретный фотопреобразователь, светочувствительный слой которого выполнен в виде системы параллельных электрически изолированных фотоприем5

45 ников. последовательно соединенные блок обработки, входом подключенный к выходам фотопреобразователя, блок формирователей и блок счета, блок индикации и блок управления, выходы считывания которого соединены соответственно с управляющими входами фотопреобразователя, первый и второй выходы соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами блока обработки, третий выход соединен с третьим управляющим входом блока обработки, вторым входом блока счета и первым управляющим входом блока формирователей, второй и третий управляющие входы которого обьединены, соответственно с первым и вторым входами блока управления и соединены с первым и вторым управляющими входами блока счета, третий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено блоком накопления, выполненным в виде последовательно соединенных сумматора, первая группа входов которого является входами блока, подключенными к выходам блока счета, первого буферного регистра, первой группой выходов, подключенной к второй группе входов сумматора, и второго буферного регистра, выходы которого являются выходами блока, подключенными к входам блока индикации, первого одновибратора, вход которого является первым управляющим входом блока, соединенным с выходом блока формирователей, а выход соединен с управляющим входом первого регистра, второго одновибратора, выход которого соединен с входом сброса первого регистра, и счетчика, вход которого является вторым управляющим входом сброса блока, а выход соединен с управляющим входом второго регистра, входом второго одновибратора и входом сброса счетчика, а блок управления выполнен с пятым выходом, который соединен с вторым управляющим входом блока накопления.

Составитель А. Мотуз

Редактор Техред M.Ìîðãåíòýë Корректор О. Кравцова

Заказ 3837 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/6

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