Способ измерения перемещений

Способ измерения перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6!) Дополнительное к авт. свмд-ву(22) Заявлено 070380 (21) 2894299/18-28

Союз Советских

Сск4малмстичесиих республик ()987380 р,ц g+ з

G 01 B 11/00 с прмсоедммеимем заявим HP

Государственный комнтет

СССР но делам нзобретеннй н открытнй (23) Прмормтет(331УДК531.. 7 (088.8) Опубликовано 07,0183. бюллетень М 1

Дата опубликования описания 070183

Г.К. Кладов и Д.A. Шакуля (72) Авторы, изобретения

Физико-технический институт низких теипералурAH Украинской ССР. (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ кгпв а сон

270(AX

Изобретение относится к измери,,тельной технике и может- быть исполь зовано при точном измерении положения и точная позиционировании огпаческих или механических деталей.

Известен способ точного измерения расстояний, основанный на счете полос в поле интерференции двухлучевого интерферометра, для чего формируют два квадратурных сигнала где Х. — оптическая разность хода; . - длина волны монохроматического излучения.

Из этих сигналов формируют инкрементный сигнал, принимающий значение

+1 или -1, который накапливают s сумматоре или реверсивном счетчике сумматор . (счетчик) устанавливают в исходное (нулевое) состояние по сигналу, формируемому в тракте широкополосного луча, введенного в интерферометр; оптическую разность хода получают путем умножения хода сумматора на дискретность счета,: которая равна /4, Z, нли 3 11).

Недостатком известного способа является низкая точность, обусловлен-, ная тем, что подсчитываемая величина

5 может измениться От Воздействия по" мех при неизменном перемещении.

Наиболее близки к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения перемещений, заключающийся в создании световой картины с пространственной периодической структурой, получении синусного и косинусного сигналов, формировании нз Них инкрементного сигнала и его реверсивном накоплении. В этом способе инкрементный сигнал формируется при любом пересечении синусным или косннусным сигналом нулевого уровня .2 ).

Недостатком известного способа

2О является невысокая точность измерений перемещений за счет формирования накапливаеьйх сигналов при любом переходе через нулевой уровень синусных и косинусных сигналов .

25 Цель изобретения — повышение точ», ности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения перемещений, заключающемуся в создании световой картины с пространственной

Ъ8738О

1Î ()" ч T т ,(," )

Р> {U„V Р Ч U )V U>

Р4(О ч U v 0, )v U а

Р

Р, периодической структурой, получении синусного и косинусного сигналов, формировании из них инкрементного сигнала и его реверсивном накоплении, из синусного и косинусного сигналов формируют четыре импульсных сигнала, первый — при условиии равенства нулю синусного сигнала и единице косинусного сигнала, второй при условии равенства нулю косинусного сигнала и единице синусного сигнала, третий — при условии равенства нулю синусного сигнала и минус единице косинусного сигнала, четвертый — при условии равенства нулю косинусного сигнала и минус единице 15 синусного сигнала, формируют инкрементный сигнал равным единице, iåñëè номер предыдущего по времени импульсного сигнала меньше номера настоящего либо предыдущий имеет но,мер четыре, а настоящий номер один, равным минус единице, если номер предыдущего ло времени импульсного сигнала больше номера настоящего либо предыдущий имеет номер один, а настоящий номер четыре, равным нулю, если ноглер предыдущего импульсного сигнала совпадает с номером настоящего.

Кроме того, с целью повышения разрешающий способности, из синусного и косинусного сигналов формируют аналоговый сигнал, равный синусному сигналу, если последний по времени импульсный сигнал имел номер один, равный косинусному сигналу с обратным З5 знаком, если последний импульсный сигнал имел номер два, равный синусному сигналу с обратным знаком, если последний импульсный сигнал имел номер три,и равный косинусному сиг- 40 налу, если последний по времени импульсный сигнал имет номер четыре.

На чертеже представлена схема устройства для реализации способа из-, мерения перемещений. g$

Устройство состоит из источника

1 излучения, блока 2 создания картины с пространственной периодической структурой, операционных усилителей

3 и 4, преобразователей 5-8 синусоидального напряжения в импульсное и формирователей 9-12 импульсных сигналов, элементов И 13-16, элементов ИЛИ 17 и 18. Выход преобразователя 5 соединен с одним из входов элемента И 13, выход преобразователя 6 — с одним из входов элемента

И 14, выход преобразователя 7 — с одним из входов элемента ИЛИ 18, выход преобразователя 8 - с одним 60 из входов элемента И 16, выходы формирователей 9-12 соединены с входамк элементов ИЛИ 17 и 18. Устройство содержит также схемы 19-22 зедержки, триггеркый блок 23, элегленты И-ИЛИ 24 55 и 25, реверсивный счетчик 26 и коммутатор 27.

Выходы формирователей 9-12 соединены с входами элементов ИЛИ 17.и

18 так, что выходы формирователей 9 и 10 соединены с входами элемента

ИЛИ 17, выходы формирователей 11 и

12 соединены с входами элемента

ИЛИ 18.

Выходы элементов И 13-16 через схемы 19-22 задержки соединены с входом триггерного блока 23 и непосредственно с входами элементов И-ИЛИ

24 и 25, другие входы которых соединены с выходами триггерного блока 23, а выходы — с входами реверсивного счетчика 26. Выходы триггерного блока 23 соединены с входами коммутатора 27, другие входы которого соединены с входами и выходами операционных усилителей 3 и 4.

Способ измерения перемещений реализуется с помощью предлагаемого устройства следующим образом.

Излучение от источника 1 излучения поступает на блок 2 создания картины с пространственной периодической структурой, на выходе которого получают сигналы, зависящие от перемещения исследуемого объекта, как синус и косинус, т.е.

Ч(х) 5|ll (1)

2ХХ

Ч (х) = cos . (2)

27СХ

После преобразования сигналов Ч(х) и W{x) на выходе элементов И 13-16 получают один из четырех сигналов импульсной формы

0 =(Ч=О) 6 (W=l); л

О =(W O) h (Ч1);

О =(Ч-О) Л (Ч--l);

U4=(W=O) Л (V=-1) . и

Каждый из сигналов ОЛ, U<, ОЭ, О+ устанавливает с некоторой задержкой соответствующий триггер из триггерного блока 23 в единицу, а все остальные в нуль. Если обозначить импульсы 0„-, задержанные íà c „ через

U<+, а состояние триггеров через

Р„, Р, Р и Р4., то

Следовательно, в момент прихода любого из импульсов ОЛ, 02., ОЭ и 04 на триггерах хранится ноглер предыдуще,го импульса.

987380,) P 02+ Р2 U4 + P 04+ Pg Ug -Р,1 04-Р2 U -Pq Q =

-Р4 Uy, 5 иными словами g = +1, если последовательность иэ предыдущего и последующего импульсов одна иэ следующих: (1г2) i (2к3) с (Зю4) i (4 1)» 3 = -1ю если последовательность одна иэ следующих (4,3), (3,2), (2,1), (1,4); . 3=0, если номера, предь1дущего и последующего импульсов совпадают.

При увеличении х на Л/4 инкрементный сигнал вырабатывается равным

+1. Аналогично вырабатывается )=-1 при уменьшении х. При стоянии вблизи одной из точек К (К вЂ” целое), инкрементный сигнал не вырабатывается. Действительно, рассмотрим 20 стояние в точке x=0. В этой точке

02=U Ug =О. Сигнал 0,1 ф0, так как

W-=1, Ч f(t) принимает значение 1 при каждом пересечении случайным процессом E(t) нулевого уровня. 2S

Однако образующаяся последовательность состоит иэ сигналов только на линии

0,1, поэтому 3 тождественно равно нулю, начиная с второго импульса на

01. Таким образом, инкрементный сигнал образуется только при первом попадании в точку х К . В силу этого код на счетчике 26 равен К в окрестности (К вЂ”, K + )

ЛЛ. Л каждой иэ дискретных точек K -— -, Л

К - целое, и изменение кода происходит только при фактическом отклонении расстояния от одной иэ Фиксированных тачек на величину 7

Событие P = 1 . означает, что

K=4n+(i-1). Действительно, в точке

Ф- х=0 в силу уравнения p --1, Р =Р =Р=О, а К 0 благодаря начальной установке. 45

Затем в точке x = возникает им4 пульс U2, в результате чего на счетчике 26 заносится +1, и состояния триггерного блока 23 изменяются 50

Аналогично проверяются утверждения для К=2 и 3. 5S

Пусть утверждение верно для К 4п;

4п- -1; 4п+2; 4n+3 Проверим его для K - "4 (и+ 1 ); 4 (n+1 ) +1; 4 (n+ i )+ 2;

I4(n+i)+3. В точке К4п+3; Р4 =1;

Р1--Р, Р =О. При увеличении х на

Л/4 появляется импульс Uq, который вызыва ; †.т увеличение К на единицу, т.е. " =4n+3+1=4(n+i), и изменение состояния триггерного блока 23 Р 1;

P2=P> = P>=0. Аналогично проверяется утверждение и для К4(п+1)+1;

Формула изобретения

1. Способ измерения перемещения, ЗВИ лючающийся в создании световой кап.тины с пространственной пермодичеф

65 кой структурой, получении сииусньп0.

При появлении любого из сигналов

:0:1, U <,U> и 1З, фюрмируется Инкрементны сигнал

Р1 =0; Р =1; Р = Р4 О, 4(п+1)+2; 4(п+1)+3 и правильность его при уменьшении х. Тем саьым ут.верждение доказано.

Импульсные сигналы с выхода триггерного блока 23 и выходов операционных усилителей 3 и 4 поступают на вход коммутатора 27, на выходе которого получают аналоговый сигнал в виде

А P V — Р2Ч вЂ” Р Ч + Р4Ч или, подставляя иэ (1) и (2) значения

V и W, получим

Ахр Sin 2™ -p COS p 61И 2СХ р С АХ

2 Х Ъ Л 4 пока кем, что А = sin -- - (х-к t), 27С где К вЂ” код счетчика 26.

Пусть, например, К4т+1, тогда .

Р,1 =0; Р =1; Р =Р4 0

А= -P CO5 -у- -.C05 -«+». (X-К+)) =

" СОВ (Х-К- -)1.К вЂ” )=-С06 — (X- — )+

+ (4Ф .1) )= C0S((X )+ у)=ЯИЦ =(Х- -).

Аналогично проверяется утверждение и для других значений K-. К4в;

5 4А=ЧИ К =ЧИ вЂ” (X- К 4К вЂ” ) =81И вЂ” (МЖ 27С 2Я:

-К 4) ЖАЛИ)=ЧИ +(Х-К -).

K=4m<2; Р =Р =0; Р =1; Р41.

01И Л (Х К 4+К,ф )- 61И Л (Х К )+

+2ХИ +E)=S1n (Х-К )

K4m+3; Р.1 =P =P =0; Р4-1.

А=б06 Л(Х-К +К+) СОВУ(Х-К ф)+ - +2LN+ 2@ «61И У (Х-K — ).

В силу того, что /x — К / г

Л Л получаем x=K ф + — arksin А. Л

2K

Таким образом, предлагаемый способ дает воэможность поддерживать неизменным код счетчика 26 при неизменной величине перемещения, измерят значения оптической разности хода х вблизи тояек К c точностью не

Л хуже Л/100, т.е. технический эффект от использования способа заключается в повыаении точности измерений при возникновении различного рода понех.

987380 (H кьсинусного сигналов, формированйи из них инкрементного сигнала и его реверсивном накоплении, о т л к ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, из синусного и косинусного сигналов формиф>уют четыре импульсных сигнала, первый - при условии равенства нулю си- нусного сигнала и единице косинусного сигнала, второй - при условии раВенства нулю косинусного сигнала и

ЬдиниЦЬ синусного сигнала, третий—

Ври условии равенства нулю синусного сигнала и минус единице косинусного сигнала, четвертый - при условии равенства нулю косинусного сигнала и минус единице синусного сиг-. нала, формируют инкрементный сигнал равным единице, еели номер предыдущего по времени импульсного сигнала

Меньше номера настоящего либо предыдущий имеет номер четыре, а настоящий номер один, равным минус единице, если номер предыдущего по времени импульсного сигнала больше номера наСтоящего либо предыдущий имеет номер одын, а настоящий номер четыре, равнял нулю, если номер предыдущего импульсного сигнала совпада ет с номером настоящего.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, из э синусного и косинусного сигналов

Формируют аналоговый сигнал, равный сннусному сигналу, если последний по времени импульсный сигнал имел номер одйн, равный косинусному сигналу с

10 обратным знаком, если последний импульсный. сигнал имел номер два, равный синусному сигналу с .обратным знаком, если последний импульсный сигнал имел номер три, и равный ко15 .синусному сигналу, если последний .по времени импульсный сигнал имел номер четыре.

Источники информации, 20 принятые во внимание при экспертизе

1. Инфракрасная спектроскопия высокого разрешения. Сборник. М., "Мир", 1972.

2. Фотоэлектрические преобразо25 ватели информации. Под ред. Преснухина Л.Н. М., "Машиностроение",,1974, с. 179-182 (прототип).

Составитель Е. Глазкова Редактор A. Мишкина Техред М. Костик Корректор Г. PeiaeTHNK

Заказ.10277/25 Тираж 600 Подписное

ВНИИПИ Государственно о комитета СССР по делам изобретений и открытий . 113035, Иосква, Ж-. 35, Раушская наб., д. 4/5

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