УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ЗАЗОРОВ Российский патент 2007 года по МПК G01B21/16 

Изобретение относится к измерительным устройствам, в частности к устройствам измерения величины зазора.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения малых зазоров, содержащее оптически связанные двухчастотный источник света, первый и второй светоделители, образующие зазор поверхности, первый и второй светофильтры, первый и второй фотодетекторы, оптически связанные со светофильтрами, первую и вторую группу компараторов, дешифратор, логическую схему, первый и второй аналоговые ключи, цифроаналоговый преобразователь, инвертирующий усилитель, аналоговый сумматор и индикатор, логическая схема состоит из первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого элемента ИЛИ, при этом входы первого и второго компараторов соединены соответственно с выходами первого и второго фотодетекторов, а выходы компараторов соединены с группой входов дешифратора, группа выходов которого соединены с группой входов логической схемой, которые являются входами первого, второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ, выходы первого и третьего элемента ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым входом пятого элемента ИЛИ, выход второго и четвертого элемента ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым входом шестого элемента ИЛИ, выходы пятого и шестого элементов ИЛИ являются соответственно первыми и вторыми выходами логической схемы, выходы второй, третьей, четвертых элементов ИЛИ являются третьей группой выходов логической схемы, первые, вторые и третья группы выходов которой соединены соответственно с первыми входами первого, второго аналоговых ключей, n-группой цифроаналогового преобразователя, а вторые входы первого и второго аналоговых ключей соединены с выходом второго фотодетектора соответственно через инвертирующий усилитель и непосредственно выход цифроаналогового преобразователя соединен с вторым входом аналогового сумматора, первый вход которого соединен одновременно с выходами первого и второго аналоговых ключей, выход аналогового сумматора соединен со входом индикатора (Авторское свидетельство СССР №1402807, кл. G01В 21/16, опубл. 1988 г.).

Недостатком данного устройства является невозможность автоматического определения соответствия измеренных величин зазоров допустимым значениям.

Технической задачей изобретения является расширения информативности устройства за счет световой сигнализации о несоответствии измеренных величин зазоров допустимым значениям.

Решение технической задачи и технический результат заявляемого изобретения достигается тем, что, устройство для измерения малых зазоров, содержащее оптически связанные двухчастотный источник света, первый и второй светоделители, образующие зазор поверхности, первый и второй светофильтры, первый и второй фотодетекторы, оптически связанные со светофильтрами, первую и вторую группу компараторов, дешифратор, логическую схему, первый и второй аналоговые ключи, цифроаналоговый преобразователь, инвертирующий усилитель, аналоговый сумматор и индикатор, логическая схема состоит из первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого элемента ИЛИ, при этом входы первого и второго компараторов соединены соответственно с выходами первого и второго фотодетекторов, а выходы компараторов соединены с группой входов дешифратора, группа выходов которого соединены с группой входов логической схемой, которые являются входами первого, второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ, выходы первого и третьего элемента ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым входом пятого элемента ИЛИ, выход второго и четвертого элемента ИЛИ соединен соответственно с первым и вторым входом шестого элемента ИЛИ, выходы пятого и шестого элементов ИЛИ являются соответственно первыми и вторыми выходами логической схемы, выходы второй, третьей, четвертых элементов ИЛИ являются третьей группой выходов логической схемы, первые, вторые и третья группа выходов которой соединены соответственно с первыми входами первого, второго аналоговых ключей, n-группой цифроаналогового преобразователя, а вторые входы первого и второго аналоговых ключей соединены с выходом второго фотодетектора соответственно через инвертирующий усилитель и непосредственно, выход цифроаналогового преобразователя соединен с вторым входом аналогового сумматора, первый вход которого соединен одновременно с выходами первого и второго аналоговых ключей, выход аналогового сумматора соединен со входом индикатора, дополнительно введены блок обработки информации и световой сигнализатор допустимых значений зазоров, при этом выход аналогового сумматора соединен с входом блока обработки информации, группа n-выходов которого соединена с группой n-входов светового сигнализатора заданных значений зазоров, блок обработки информации состоит из n-пороговых устройств, n-третьих аналоговых ключей, сдвигового регистра, генератора импульсов, задатчика постоянной величины, причем вход блока обработки информации соединен с первыми входами n-пороговых устройств, вторые входы которых соединены с выходами n-третьих ключей, вторые входы которых соединены с n-выходами задатчика постоянных сигналов, а первые входы соединены с n - выходами сдвигового регистра, вход которого соединен с выходом генератора импульсов.

Технический результат изобретения заключается в повышение информативности измерения величины зазора за счет автоматического определения допустимых значения величины зазора в каждом цикле измерений.

Сопоставительный анализ с прототипом позволил выявить совокупность существенных по отношению к техническому результату изобретения отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства измерения малых зазоров; на фиг.2 - структура логической схемы; на фиг.3 -структурная схема блока обработки информации.

Устройство для измерения малых зазоров содержит оптически связанные двухчастотный источник 1 света, первый 2 и второй 3 светоделители, образующие зазор поверхности 4 и 5, первый 6 и второй 7 светофильтры, первый 8 и второй 9 фотодетекторы, оптически связанные с первым 6 и вторым 7 светофильтрами, первую 10 и вторую 11 группу компараторов, дешифратор 12, логическую схему 13, первый 14 и второй 15 аналоговые ключи, цифроаналоговый преобразователь 16, инвертирующий усилитель 17, аналоговый сумматор 18 и индикатор 19, блок 20 обработки информации и световой сигнализатор 21 допустимых значений зазоров, логическая схема 13 состоит из первого 22, второго 23, третьего 24, четвертого 25, пятого 26 и шестого 27 элемента ИЛИ, блок 20 обработки информации состоит из n-пороговых устройств 28, n-третьих аналоговых ключей 29, сдвигового регистра 30, генератора 31 импульсов, задатчика 32 постоянной величины, причем входы первой 10 и второй 11 группы компараторов соединены соответственно с выходами первого 8 и второго 9 фотодетекторов, а выходы первой 10 и второй 11 группы компараторов соединены с группой входов дешифратора 12, группа выходов которого соединены с группой входов логической схемой 13, которые являются входами первого 22, второго 23, третьего 24 и четвертого 25 элементов ИЛИ, выходы первого 22 и третьего 24 элемента ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым входом пятого 25 элемента ИЛИ, выход второго 23 и четвертого 25 элемента ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым входом шестого 27 элемента ИЛИ, выходы пятого 26 и шестого 27 элементов ИЛИ, являются соответственно первыми и вторыми выходами логической схемы 13, выходы второй 23, третьей 24, четвертых 25 элементов ИЛИ являются третьей группой выходов логической схемы 13, первые, вторые и третья группа выходов которой соединены соответственно с первыми входами первого 14, второго 15 аналоговых ключей, n-группой цифроаналогового преобразователя 16, а вторые входы первого 14 и второго 15 аналоговых ключей соединены с выходом второго 9 фотодетектора соответственно через инвертирующий усилитель 17 и непосредственно, выход цифроаналогового преобразователя 16 соединен с вторым входом аналогового сумматора 18, первый вход которого соединен одновременно с выходами первого 14 и второго 15 аналоговых ключей, выход аналогового сумматора 18 соединен со входом индикатора 19, выход аналогового сумматора 18 соединен с входом блока 20 обработки информации, группа n-выходов которого соединена с группой n- входов светового сигнализатора 21 заданных значений зазоров, вход блока 20 обработки информации соединен с первыми входами n-пороговых устройств 28, вторые входы которых соединены с выходами n-третьих 29 ключей, вторые входы которых соединены с n-выходами задатчика 32 постоянных сигналов, а первые входы n-третьих 29 ключей соединены n-выходами сдвигового регистра 30, вход которого соединен с выходом генератора 31 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Сформированный в осветителе 1 световой поток проходит через светоделитель 2 на зазор, образованный измеряемыми поверхностями 4 и 5. Отраженные этими поверхностями лучи интерферируют с помощью светоделителя 2, направляются на светоделитель 3, который разделяет световой поток на две ветви, направляемые через светофильтры 6 и 7 на фотодетекторы 8 и 9 (фиг.1).

Светофильтр 6 пропускает свет с длиной волны λ₁, и на выходе фотодетектора 8 формируется сигнал

где U_n - константа, определяемая интенсивностью интерферирующих лучей; h - величина измеряемого зазора.

Светофильтр 7 пропускает свет с длиной волны λ₂, и на выходе фотодетектора 9 формируется сигнал

К выходу фотодетектора 8 подключена первая группа компараторов 10, настроенных на уровни срабатывания

где k - порядковый номер компаратора в группе.

К выходу фотодетектора 9 подключена вторая группа компараторов 11, настроенных на уровни срабатывания

Выходные сигналы фотодетекторов 8 и 9 при помощи первой 10 и второй 11 группы компараторов заменяются дискретными сигналами.

Каждому делению диапазона измерения зазора соответствуют определенная комбинация дискретных сигналов. Дешифратор 12 по конкретной совокупности сигналов на выходах компараторов 10-11 формирует сигнал на своем выходе, порядковой номер которого совпадает с порядковым номером шага квантования измеряемой величины.

Изменение величины зазора, соответствующее одному шагу квантования q, равно (λ₂-λ₁)/4.

Если величина измеряемого зазора находится в пределах от 0 до q, то на первом выходе дешифраторе 17 будет сигнал, соответствующий лог. «1».

На остальных выходах дешифратора 17 будут сигналы, соответствующие лог. «0».

Если величина зазора находится в пределах от q до 2q, то лог. «1» будет на втором выходе дешифратора 17 и т.д.

Таким образом, можно утверждать, что к нулевому полупериоду относится

шагов квантования и им соответствующих выходов дешифратора 17.

Если величина зазора находится в пределах нулевого полупериода (0≤h≤λ₂/4), то на одном из группы выходов дешифратора 17 с номерами от 1 до N будет лог. «1».

Если величина зазора находится в пределах первого полупериода (λ₂/4≤h≤λ₂/4), то лог. «1» будет сформирована на одном из группы выходов дешифратора 17 с номерами N+1 до 2N и т.д.

Выходы дешифратора 17, соответствующие нулевому полупериоду интерференционной картины, подключены к входам элемента 22 ИЛИ, выходы дешифратора 17, соответствующие первому полупериоду интерференционной картины, - к входам элемента 23 ИЛИ и т.д.

Таким образом, на выходах F₁, F₂, F₃ логической схемы формируются сигналы, соответствующие 0, 1 и 2 полупериодам интерференционной картины (фиг.2).

Сигналы, соответствующие четным полупериодам интерференционной картины, собираются на входах элемента 26 ИЛИ, и на выходе F4 в этих случаях появляется 5 лог. «1» (фиг.2).

Сигналы, соответствующие нечетным полупериодам интерференционной картины, собираются на входах элемента 27 ИЛИ, и в этих случаях на выходе F5 формируется лог. «1» (фиг.2).

Для получения аналогового сигнала, прямо пропорционального величине зазора, необходимо передать в аналоговый сумматор 18 инвертированный или неинвентированный сигнал с выхода фотодетектора 9 в зависимости от четности полупериода интерференционной картины. Эту функцию выполняют аналоговые ключи 14 и 15.

Когда с выхода F₄ логической схемы 13 на управляющий вход аналогового ключа 15 поступает лог. «1», происходит коммутация выхода фотодетектора 9 с входом аналогового сумматора 18.

Когда с выхода F₅ логической схемы 13 поступает лог. «1» на управляющий вход аналогового ключа 14, выход фотодетектора 9 через инвертирующий усилитель 19 подключается к выходу аналогового сумматора 18.

Сигналы с выходов F₁, F₂, F₃ логической схемы 13 поступают на входы цифроаналогового преобразователя 16, который преобразует дискретный код в ступенчатый аналоговый сигнал. Длина одной ступеньки соответствует величине зазора, равной λ₂/4, т.е. одному полупериоду интерференционной картины.

Аналоговый сумматор 18 выполняет суммирование ступенчатого сигнала, поступающего с выхода цифроаналогового преобразователя 16, и сигнала, поступающего с выхода фотодетектора 9. На выходе аналогового сумматора 18 появляется непрерывный сигнал, величина которого в любой момент времени пропорциональна мгновенному значению величины измеряемого зазора.

Для наблюдения зависимости величины зазора от времени применяется индикатор 19, входом подключенный к выходу аналогового сумматора 18.

Для автоматической оценки измеренной величины зазора применяется блок 20 обработки информации, который выдает информацию о нахождении величины зазора в допустимых пределах (фиг.3).

Сигналы с выходов задатчиков 32 постоянных сигналов через вторые входы n-ключей 29 поступают на вторые входы n-пороговых устройств 28, на первые входы которых поступает сигнал с выхода аналогового сумматора 18. Сигналы на первые входы n-ключей 29 поступают последовательно от генератора 31 импульсов через сдвиговый регистр 30. Сдвиговый регистр 30 обеспечивает поочередное подключение сигналов с выхода задатчика 32 постоянных сигналов через вторые входы n-ключей 29 на вторые входы пороговых устройств 28, при этом сигналы с выхода задатчиков 32 постоянных сигналов имеют различные значения, которые соответствуют допустимым уровням зазоров. Тем самым сдвиговый регистр 30 обеспечивает проверку измеренных значений зазоров в заданном диапазоне допустимых значений.

В случае, если сигнал, поступающий с выхода аналогового сумматора 18 на первый вход n-порогового устройства 28, превышает уровень сигнала, поступающего на один из его вторых входов, происходит выдача сигнала на один из входов группы n-входов светового сигнализатора 21 заданных значений зазоров, сигнализируя тем самым о недопустимом значении величины зазора.

Таким образом, наряду с измерением величины зазора, автоматически определяется соответствие величины зазора допустимым значениям.

Источники информации

1. (Авторское свидетельство СССР №1402804, Кл. G01В 21/16, опубл. 1988 г. (прототип).

Предложенное изобретение относится к измерительным устройствам, в частности к устройствам измерения величины зазора. Технической задачей данного изобретения является расширение информативности устройства за счет введения в его состав световой сигнализации о соответствии измеренных величин зазоров допустимым значениям. Устройство для измерения малых зазоров содержит оптически связанные двухчастотный источник света, первый и второй светоделители, первый и второй светофильтры, первый и второй фотодетекторы, оптически связанные со светофильтрами, первую и вторую группы компараторов, дешифратор, логическую схему, первый и второй аналоговые ключи, цифроаналоговый преобразователь, инвертирующий усилитель, аналоговый сумматор, индикатор, блок обработки информации и световой сигнализатор заданных значений зазоров, соответствующим образом соединенные между собой. 3 ил.

Устройство для измерения малых зазоров, содержащее оптически связанные двухчастотный источник света, первый и второй светоделители, первый и второй светофильтры, первый и второй фотодетекторы, оптически связанные со светофильтрами, первую и вторую группы компараторов, дешифратор, логическую схему, первый и второй аналоговые ключи, цифроаналоговый преобразователь, инвертирующий усилитель, аналоговый сумматор и индикатор, логическая схема состоит из первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого элемента ИЛИ, при этом выходы первого и второго фотодетекторов соединены соответственно с входами первой и второй групп компараторов, выходы которых соединены с группой входов дешифратора, группа выходов которого соединена с группой входов логической схемы, которые являются входами первого, второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ, выходы первого и третьего элемента ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым входом пятого элемента ИЛИ, выходы второго и четвертого элемента ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым входом шестого элемента ИЛИ, выходы пятого и шестого элементов ИЛИ являются соответственно первыми и вторыми выходами логической схемы, выходы второго, третьего, четвертого, элементов ИЛИ являются третьей группой выходов логической схемы, первые, вторые и третья группа выходов которой соединены соответственно с первыми входами первого, второго аналоговых ключей, n-группой цифроаналогового преобразователя, а вторые входы первого и второго аналоговых ключей соединены с выходом второго фотодетектора соответственно через инвертирующий усилитель и непосредственно, выход цифроаналогового преобразователя соединен с вторым входом аналогового сумматора, первый вход которого соединен одновременно с выходами первого и второго аналоговых ключей, выход аналогового сумматора соединен со входом индикатора, отличающееся тем, что в него введены блок обработки информации и световой сигнализатор заданных значений зазоров, при этом выход аналогового сумматора соединен с входом блока обработки информации, группа n-выходов которого соединена с группой n-входов светового сигнализатора заданных значений зазоров, блок обработки информации состоит из n-пороговых устройств, n-третьих аналоговых ключей, сдвигового регистра, генератора импульсов, задатчика постоянной величины, причем вход блока обработки информации соединен с первыми входами n-пороговых устройств, вторые входы которых соединены с выходами n-третьих ключей, вторые входы которых соединены с n-выходами задатчика постоянных сигналов, а первые входы соединены с n-выходами сдвигового регистра, вход которого соединен с выходом генератора импульсов.