Фотоэлектрическое устройство для измерения угловых перемещений Советский патент 1983 года по МПК G01B11/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения угловых перемещений.

Известно фотоэлектрическое устройство для измерения угловых перемещений, содержащее последовательно установленные осветитель, диафрагму оптическую систему, отражатель, связываемый с контролируемым объектом, позиционно-чувствительный фотоприемник и последовательно включенные к его выходу электронные блоки обработки информации и регистрации С13.

Недостаток известного устройства - невысокая точность измерений, обусловленная погрешностями из-за непостоянства светового потока во времени и разности величин калибровочного и основного световых сигналов в плоскости позиционно-чувствительного фотоприемника

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что фотоэлектрическое устройство для измерения угловых перемещений, содержащее последовательно установленные осветитель, диафрагму, оптическую систему, отражатель, связываемый с контролируемым объектом, позиционно-чувствительный фотоприемник, и последовательно подключенные к его выходу электронные блоки обработки информации и регистрации, снабжено по меньшей мере одним дополнительHtaM позиционно-чувствительным фотоприемником, подключенным к входу блока обработки информации, чувствительные площадки позиционно-чувствительных фотоприемнйков ориентированы параллельно друг другу и установлены со сдвигом нулевыхточек относительно друг друга по измеряемой координате, размер изображения диафраг)мы в плоскости установки позиционно-чувствительного фотоприемника в направлении, перпендикулярном измеряемой координате, превышает соответствующее расстояние между чувствительными площадками позиционночувствительных;фотоприемников.

На фиг. 1 изображена блок-схема фотоэлектрического устройства для измерения угловых перемещений; на фиг. 2 - взимное расположение позиционно-чувствительных фотоприемников. Устройство содерл«т осветитель 1, вьшолненный в виде источника счета и конденсатора, диафрагму 2, оптическую систему, из светоделителя 3 и объектива 4, предназначенного для формирования светолых лучей в параллельный сйетовой пучок на выходе и фокусировки отраженных световых лучей в плоскости позиционно-чувствидельных фотоприемников 5 и б, Отра жатель 7, скрепляемый с контролируемым объектом, является датчиком положения светового луча.

ПЧФ 5 и 6, расположенные в плоскости изображений объектива 4, сориентированы по длине в направлении измерений, при этом их нули сдвинуты относительно друг друга по измеряемой координате на величину А (фиг. 2 }, Электронный блок 8 обработки информации предназначен для оперативного запоминания величин .сигналов, снимаемых с ПФЧ 5 и 6, и для вычисления координат по приведенным формулам, а также для сопоставления вышеуказанных сигналов с Калибровочными после измерения. Электронный блок 9 регистрации регистрирует сигнёшы, вьщаваемые электронным блоком 8 обработки информации о положении контролируемого объекта, и предназначен для их хранения в с.воей памяти и вычисления величины углов положения объекта и индицирования их (или выдачи в ЭВМ системыJ.

Устройство работает следующим образом.

Световой пучок, который попадает на отражатель 7, отражается от него, проходит объектив 4, который через светоделитель 3 проэктируется IB виде штриха на светочувствительные площадки ПЧФ б, находящиеся в фокальной плоскости объектива 4. Размер А,штриха, т.е. изображения диафрагмы 2 в плоскости установки И 6, превышает соответствующее расстояние В между чувствительными площадками пЧФ 5 и 6. Световые сигналы преобразуются на ПЧФ 5 и б в электрические, которые поступают в электронный блок 8 обработки информации, связанный с -ЭВМ, а вычислительный результат измерений поступает в электронный блок9 регистрации.

Включение ПЧФ 5 и б осуществляется таким образом, что при перемещении X изобрсокения идафрагмы 2 . по измеряемой координате приращения показаний ПЧФi U и U2 имеют противоположный знак.

Для случая, когда крутизна позиционной характеристики одного элемента 5 не равна крутизне позиционной характеристики другоро элемента 52, т.е. S2 kS / при световом потоке в оптическом изображении равном Фд, фототоки элементов равны

U - o S fiA-}). Суммарный сигнал при этом равен Uj. (-(-1) + /.

Величины Uj при фиксированных значениях х координаты изображения в плоскости анализатора определяются -в процессе калибровки фотоэлемента известными способами. Величина Uj- вычисляется в ЭВМ путем суммирования значений и и и соответствующих определенному значению

X.

Предположим, что в режиме измерений световой поток в изобргикении изменился: 1 jj Л Ф

При этом напряжения на выходе ПЧФ будут равЫы .

и , (А-Х)(А-х)(А-к), 0 tf (l-t))((l-XJfМ.

Из сравнения В1 ражений для .U и Uy следует, что они отличаются на величину

&(( которая определяется величиной измерения светового потока. ,

Путем вычитания из величины Uf , полученной в результате к ибровки, величины U2 ,вычисленной по результатам измерений, находят л U.

Для разложения л От-по составляющим и и Ul примем

2

110

Тогда

4U

Следовательно, результат измереt5ний выразится как . ,

In

u,u;.

очевидно, что знаки поправок ЛИ и 1/2 определяются знаком Лф ..

Поскольку величина не зависит от величины светового потока и однозначно определяется координатой х,

предлагаемое устройство измеряет положение штриха (изображения диафрагмы 2), а тем самьил и величину углового лёремещения;-с исключением погрешности из-за колебаний светового потока, что и позволяет повысить точность измерения.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее последовательно установленные осветитель, диафрагму, оптическую систему, отражатель, связываемый с контролируемым объектом, позиционно-чувствительный фотоприемник и последовательно подключенные к его выходу электронные блоки обработки информации и-регист-рации, отличающееся тем. что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено по меньшей мере одним дополнительным прзиционно-чувствительным фотоприемником, подключенным к входу блока обработки Информации, чувствительные площадки позиционно-чувствительных фотоприемников ориентированы параллельно друг другу и установлены со сдвигом нулевых точек относительно друг друга по измеряемой координате, размер изображения диафрагмы в плоскости установки позиционно-чувствительного фотоприемника в направлении, перпендикулярном измеряемой координате, превышает соответствую щеё расстояние между чувствительными площадками позиционно-чувстви(Л . тельных фотоприемников. О5 о со 4: cfJue.i

QDt/e.f