Устройство для измерения малых угловых смещений объекта Советский патент 1983 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к конгрот ьяоизмеритепьной технике и может быть испопьэовано дти измерения угловых смещений объектов. Известно устройство дтш измерения угловых смещений объекта, содержащее оптически сопряженные плоское зеркало, закрепляемое на объекте, и связанные между собой источник когерентного излу чения, плоское зеркало и регистрирук щий -блок, выполненный в виде зрительной трубы 1 Недостатками данного устройства являются низкие производительность и точность измерения. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения малых угловых смещений объекта, содержа щее источник света, связываемый с исследуемым объектом, установленные по ходу светового пуча светопровод и фотоприемник в виде линейного фотопотенцио метра и схему обработки сигтлов. Схема обработки сигналов выполнена в виде соединенных последовательно диф ференцирующего блока, счетчика, блока анализа четности и двух электронных ключей, подключенных к выходу поспед. него, множителя и двух сумматоров, подключенных к его выходу, и инвертора соединенного с входом одного из сргмматоров 2). Недостатком устройства является его конструктивная сложность, связанная с обеспечением возможности определения направления перемещения объекта. Цель изобретения - упрощения конструкции устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения малых угловых смещений объекта, содержащем источник света, связываемый с исследуе мым объектом, установленные по ходу светового луча светопровод и фотоприемник в виде линейного фотопотенциометра и схему обработки сигналов, последняя выполнена в виде двух электронных ключей, блока сравнения и блока вычитания, первые входы электронных ключей и-i, вход блока сравнения соединены между собой и с выходом фотоприемника, выход блока сравнения соединен с вторыми вхо дами электронных ключей, выход первого электронного ключа соединен с входом блока вычитания, а выход последнего и выхО|01 второго электронного ключа сбеДИ нены между собой и явтюются выходом устройства. , На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - схема оптической системы; на фиг. 3 - изменения выходного напряжения фотопотенциометра в зависимости от угла входа луча света в светопровод; на фиг. 4 график напряжения на выходе второго ключа и блока вычитания. Устройство для измерения малых угло1МЫХ смещений состоит из источника 1 света, закрепляемого на объекте, светопровода 2, линейного фотопотенциометра 3, двух электронных ключей 4 и 5, блока 6 сравнения и блока 7 вычитания. Источник 1, светопровод 2 и фотопотенциометр 3 установлены последовательно и оптически связаны, причем продольная оси симметрии светопровода 2. проходит через середину фотопотенциометра 3. Выход фотопотенцйометра 3 подключен к входам ключей 4 и 5 и блока 6 сравнения. Выход блока б сравнения соединен с управляющими входами ключей 4 и 5. Выход ключа 5 через блок 7 вычитания Подсоединен к выходу ключа 4, образуя общий выход устройства. Устройство работает следующим образом. Луч света от источника 1 попадает Ьбд некоторым углом в в светопровод 2, где многократно отражается от его внутренних стенок и выходит из светопровода 2 под тем же углом сб (фиг. 2). Выходящий из светопровода 2 луч падает на чувствительную поверхность линейного фотопотенциометра 3, на выходе которого будет напряжение О, величина которого определяется выражениями и кСЪ -Ли+1))-Ьдо1 О) при и 2 четном, и--1 1:ь-иане+г - -е2)с11 саг прй. - нечетном, где К - крутизна выходной характеристики фотопотенциометра 3; и 6 - диаметр и длина светопровода 2 соответственно; ,. установочные размеры, определяете при настройке устройства. Напряжение с вшхода фотопотенцйомета 3. поступает на входы ключей 4 и 5 и лока 6 сравнения, где оно сравнивается половинным напряжением питания фотоотенциометра 3 У о /2, В случае, если азность U-Uo|2 Ы положитетхьна, на выходе блока 6 сравнения будет положительный потенциал, который откроет ктпоч 4, и напряжение (J будет на выходе устройства О . Если разность (3) отрицательна, то на выходе блока-6 будет отрицательный потенциал, который закроет ключ 4 и откроет ключ 5. Напряжение О через открытый ключ 5 поступает в блок 7 вычитания, где оно вычитается из напряжения о, и на выхо де Q появляется напряжение, равное рланости. UQ-U (4) При изменении угла луча об (например уменьшении) напряжение на выходе фотопотенциометра 3 будет изменяться в соответствии с левой частью графика (фиг. 3). Каждый положительный или отрицательный скачек напряжения соответствует изменению чисти внутренних отражений на единицу. Пологие у«1астки графика соответствуют изменению ai меокду скачками выходя1це1го из светопровода 2 луча с одной половины фотопотенциометра 3 на другую. Если в начальный момент луч света падает на верхнюю половину топотенииометра 3, то на выходе последнег будет напряжение U - , которое через открытый ключ 4 пройдет на выход О .. .При уменьшении урла оС напряжение 1уменыиается до тех пор, пока число внут ренних отражений не изменится на единицу и луч света не перескочит на нижнюю половину фотопоте нанометра 3. Тогда напряжение 0 DO/ через открытый ключ 5 будет вычитаться в блоке 7 из напряжения Оо. а на выходе Ц бу-,. , дет их разность, причем напряжение U-Q на выходе q не будет иметь тех скачков, KOTop ie претерпевает напряжение У , а будет иметь вид, изображенный на певой . части графика (фиг.4). При увеличении угла оС работа устройства отличается лишь тем, что напряжение UQ возрастает (как это показано на правой части графика фиг. 4), а напряжение U изменяется согласно правой части графика (фиг.З) Таким образом, на. вы ходе О в любой момент времени будет 1гапряжение Ug величина которого определяется величиной угла oL , а направление изменения Соответствует направлению изменения (угла сС. 1104(846 t-ei) (5-) где С - константа, определяемая размерами светопровода 2 и установочными размерами. Таким образом, выпопнение схемы о&работки сигнала в виде двух электронных ключей, блоков сравнения и вычитания позвотхяет упростить конструкцию устройства при обеспечении достаточной точности измерения углов и нпправлеиия смещения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕ НИЯ МАЛЫХ УГЛОВЫХ СМЕЦрНИЙ ОБЪЕКТА, содержащее источник света, связывае1у)ый с исследуемым объектом, уставовпенные по ходу светового пуча: , светопровод и фотоприемник в виде пинейнного фотопотенциометра и схему обработки сигналов, отличающееся тем, что, с целью упрощедаш конструкции, устройства, схема обработки сигналов Bfoполнена в виде двух электронных ключей, блока сравнения и блока вычитания, первые входы электронных ключей и вход 6rtoKa сравнения соединены между собой и с выходом фотоприемника, выход блока сравнения соединен с вторыми входами электронных ключей, выход первого электронного ключа соединен с входом блока вычитания, а выход последнего и выход второго электронного ключа, соединены между собой .и являются выходом устройства. .

(1 ,

фиг. 3