Фотоэлектрический измеритель перемещений вращающихся деталей Советский патент 1983 года по МПК G01B11/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерение перемещений вращающихся деталей бесконтактным методом и может быть использовано в приборостроительной и машиностроительной npONftomneHHocTH.

Известен фотоэлектрический датчик угловых перемещений, содержащий источник излучения, диафрагму, фотоприемник, усилитель и регистрирукицйй прибор. Диафратма выполнена в виде стеклянного диска с нанесенными на нем спиральными линиями l3.

Недостаткгиии этого датчика являются большие габариты, невозможность измерения осевых перемещений подвижной системы (вала) и недостаточная точность измерения.

Наиболее близким к предлагаемому .по технической сущности и достигаемому результату является фотоэлектрический измеритель перемещений вращающихся деталей, содержащий фотоэлемент, соединенные последовательно первый ключевой элемент и первый запоминающий блок,регистратор 2).

Известное устройство характеризуется невозможностью учета осевых перемещений вращающихся деталей.

Целью изобретения является обеспечение измерения осевых перемещений деталейПоставленная цель достигается тем, что измеритель, содержащий фотоэлемент, соединенные последовательно первый ключевой элемент и первый запоминающий блок, регистратор, снабжен источником с.ветового

10 излучения, щелевой диафрагмой, связываемой с исследуемой деталью и установленной по ходу светового -луча, ось симметрии которой перпенд1 куля эна оптической оси источника свето15вого излучения, двумя компараторами, соединенными последовательно вторым : ключевым элементом, вторым запоминающим блоком, сумматором и усилителемдискриминатором, генератором опор-,

20 ного напряжения, подключенным к втот рому входу усилителя-дискриминатора выход которого соединен с источником светового излучения, усилителем, выход которого соединен с регистрато25-ром, и элементом ИЛИ, каждый из входов KOTOpoio подключен к выходу соответствующего компаратора, а выход-к вторым входам ключевых элементов, выходы первого и второго запоминаю30 .щих .блоков соединены с вторыми входами компараторов, второй вход сумматора соединен с выходом первого запоминающего блока и вторьлм. входом усилителя, первый вход которого сое динен с выходом второго запоминающе блока, а фотоэлемент выполнен в ви де квадрантного фотоприемника,кажды из выходов которого соединен с в.ходом соответствующего компаратора, ось симметрии фотоэлемента параллел на оси симметрии щелевой диафрагмы. На чертеже представлен фотоэлектрический измеритель. Измеритель состоит из источника 1 светового излучения, щелевой диафрагмы 2, связанной с исследуемой деталью, фотоэлемента 3, в виде квадрантного фотоприемника, и элект рической ,схемы измерения, содержащей два компаратора 4 и 5, первый и второй ключевые элементы 6 и 7, элемент 8 ИЛИ, первый и второй запоминающие блоки 9 и 10, последовательно соединенные сумматор 11 и усилитель-дискриминатор 12, генератор 13 опорного йапряжения, последо вательно Соединенный усилитель 14 и регистратор 15 соответственно, первые и вторые компараторы 4 или 5 ключевые элементы 6 и 7 и запоминаю щие блоки 9 или 10 соединены послеДовательно, а выходы последних подключены к сумматору 11 и усилителю 14, а также соответственно к вторы входам первого и второго компараторов, а вход и выход усилителядискриминатора 12 соединен соответственно с генератором 13 опорного .напряжения и с источником 1 светового излучения. Измеритель работает следующим образом. Источник 1 излучения, например светодиод, .генерирует поток излучения, например, инфракрасного или видимого света, падаю1цийНа телевуюдиафрагму 2, соосно закрепленную на детали, осевое перемещение которой измеряется. Часть потока излучения, пропуска емая диафрагмой 2, падает на площадки фотоэлемента 3, вызывая появление фототока. Амплитуда импульсов фототока определена зависящим от ос вого перемещения диафргигмы 2 положенрем пятна излучения на площадках фотоэлемента 3, частота импульсов равна удвоенной частоте вращения детали., а форма импульсов зависит от конструктивного выполнения диафрагмы 2. Оптимальной является щеле вая диафрагма 2, обеспечивающая трапецеидальную форму импульсов с .отношением периода следования к дли тёльност импульса, равным двум. Сигналы, снимаемые с выходов фотоэлемента 3, сравниваются на ком параторах 4 и 5 с сигналами обратной связи, подаваемымис выходов запоминающих блоков 9 и 10 на опорные входы компараторов 4 и 5. Если сигнал обратной связи меньше сигнала, снимаемого с фотоэлементов 3, то на выходе компаратора 4 или 5 возникает низкий уровень напряжения, если сигнал обратной связи больше сигнала, снимаемого с элемента 3, то на выходе компаратора 4 или 5 возникает соответственно высокий уровень напряжения. Сумма амплитуд импульсов фототока, снимаемых с выходов фотоэлемента 3.в виде квадрантного фотоприемника, не зависи,т от осевого перемещения диафрагмы 2 и является постоянной величиной, поэтому всегда компараторы 4 и 5 при сравнении импульсов находятся в разных состояниях. Элемент 8 ИЛИ выдает открывающий ключевые элементы 6 и 7, сигнал, если на его входы приходит низкий уровень напряжения с любого компаратора 4 или 5. Сигнсшы с выходов компараторов 4 и 5 через ключевые элементы 6 и 7 поступают на входы запоминающих блоков 9, 10 и изменяют сигналы на их выходах таким образом, чтобы разностный сигнал на входах ком.параторов 4 и 5 стал нулю. Таким образом, сигналы на выходах запоминающих блоков 9 и 10 позволяют отслеживать амплитуду импульсных сигналов фотоэлемента 3 и не зависят от частоты вращения детали. Далее сигналы суммируются с разными знаками на усилителе 14, выполненном вместе с апериодическим звеном для фильтрации шумов, и поступают на регистратор 15, например, цифровой вольтметр или самописец. Стабилизация потока излучения производится с помощьюсумматора 11, сигнал на выходе которого не зависит от положения диафрагмы 2, а зависит от потока излучения, и подается на вход усилителя-дискриминатора 12, на другой вход которого подано опорное напряжение от генератора 13. Выходное напряжение усилителя-дискриминатора 12 подается на вход источника 1 излучения, поддерживая поток излучения,падающий на фотоэлемент 3, таким образом, чтобы разница сигналов на входах усилителя-дискриминатора 12 была равна нулю. Таким образом, за счет обеспечения измерения осевых перемещений деталей устраняются связанные с этим погрешности и повышается точность и стабильность измерений в 10-20 раз. Формула изобретения Фотоэлектрический измеритель перемещений вращающихся деталей, содержащий фотоэлемент, соединенные посл довательно первый ключевой элемент и первый запоминающий блок, регистратор, отличающийся тем что, с целью обеспечения измерения осевых йеремещенийг он снабжен источником светового излучения, щелевой диафрагмой, связываемой с иссле дуемой деталью и установленной по ходу светового луча, ось симметрии которой перпендикулярна оптической оси источника светового излучения, двумя компараторами, соединенными последовательно вторым ключевым элементом, вторым запоминающим блоком, сумматором и усилителем-дискриминатором, генератором опорного напряжения, подключенным к второму входу усилителя-дискриминатора, выход которого соединен с источником светового излучения,усилителем, выход которого соединен с регистратор ром, и элементом ИЛИ/ каждый из вхо дов которого подключен к выходу соответствующего компаратора, а выход к вторым входам ключевых элементе, выходы первого и второго запоминающих блоков соединены с вторыми вхо-. дами компараторов, второй вход сумматора соединен и выходом первого запоми нающего блока и вторым входом усилителя, первый вход которого соединен с выходом второго запоминающего блока, а фотоэлемент выполнен в виде квадрантного фотоприемника, каждый из выходов которого соединен с входом соответствующего компаратора, ось симметрии фотоэлементам параллельна оси симметрии щелевой диафрагмы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 560137, кл. Q 01 В 11/26, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР № 462983, кл. ti 01 В 7/28, 1972 (прототип).