Устройство для измерения перемещений объекта Советский патент 1984 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения перемещений и амплитуды вибраций различных объектов. Известно устрой-ство для измерени перемещений объектов, содержащее ис точник излучения, оптическую систем формирующую первый пучок лучей, падающий на отражающий элемент, связанный с объектом, два основных фото приемника, оптически связанные с, пер вым пучком лучей, первый блок нахождения разности, входы которого подключены к двум основныг.-фотоприемникам, и индикатор 1. Недостатком устройства является зависимость результатов измерения от флюктуации мощности излучения источника излучения. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устрой ство для измеренияперемещений объек та, содержащее источник излучения с гауссовским распределением интенсивности в поперечном сечении пучка излучения, оптическую систему, оптически связанную с источником излучеНИЯ-, формирующую первый пучок лучей падающий на отражающий элемент, связываемый с объектом, два основных фотоприемника, оптически связанные с первым пучком лучей, первый блок нахождения разности, входы которого подключены к двум основным фртоприемникам, и индикатор 2, Недостатком устройства является зависимость результатов измерения от линейного перемещения объекта, в случае измерения угловых перемещений, или от угловых перемещений объекта, в случае измерения линейных перемещений, а также зависимость результатов измерения от мощности излучения источника излучения. Цель изобретения - повышение точности измерения, Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения перемещений объекта, содержащее источник излучения с гауссовским распределением интенсивности в поперечном сече НИИ пучка излучения, оптическую систему, оптически связанную с источником излучения, формирующую первый пучок лучей, падающий на отражающий элемент, связываемый с объектом, два основных фотоприемника, оптичес ки связанных с первым пучком лучей, первый блок нахождения разности, входы которого подключены к двум основным фотоприемникам, и индикатор, снабжено дополнительной оптической системой, оптически связанной с источником излучения, формирунвдей второй пучок лучей, падающий на отражающий элемент, причем угол падения первого пучка лучей на отражающий элемент больше угла падения второго пучка на отражающий элемент, дополнительным фотоприемником, оптически связанным с вторым пучком лучей, вторым блоком нахождения разности, входы которого связаны с выходами первого блока нахождения разности и дополнительного фотоприемника, сумматором, входы которого подключены к выходам основных фотоприемников и второму входу первого блока нахождения разности., функциональным преобразователем, вход которого подключен к выходу сумматора, блоком умножения, входы которого подключены к выходу второго блока нахождения разности и выходу функционального преобразователя, выход блока умножения соединен с индикатором. На чертеже представлена функциональная схема устройства. Устройство содержит источник 1 излучения и установленные по ходу светового луча коллимирующий объектив 2,. светоделительный элемент 3, зеркало 4, отражающий элемент 5, связываемый с объектом, фокусирующий объектив 6, Коллимирующий объектив 2, отражающий элемент 5, связываемый с объектом, и фокусирующий объектив б составляют основную оптическую систему, а светоделительный элемент 3 и зеркало 4 - дополнительную оптическую систему. Устройство содержит такж основные фотоприемники 7, 8 и дополнительный фотоприемник 9,первый блок 10 нахождения разности и сумматор 11, соединенные с выходами фогоприемников 7 и 8, соединенные последовательно аттенюатор 12, второй блок 13 нахождения разности, блок 14 умножения, блок 15 согласования и индикатор 16, функциональный преобразователь 17, соединенный с выходом сумматора 11, соединенные последовательно усилитель 18, блок 19 умножения, блок 20 согласования и индикатор 21, вход усилителя 18 и второй вход второго блока 13 нахождения разности соединены с дополнительным фотоприемником 9, выход функционального преобразователя 17 соединен с вторыми входами блоков 14 и 19 умножения. Устройство работает следующим образом, Пучки света, формируемые источником 1 Излучения, расширяются коллимирующим объективом 2, отражаются от светоделительного элемента 3, зеркала 4 и направляются на отражающий элемент 5, Отраженные пучки лучей фокусируются фокусирующим объективом 6 на поверхности фотоприемников 7 и 8, расположенных таким образом, что при начальном положении отражающего элемента 5 фотоприемники расположены симметрично на линейных ветвях изменения интенсивности излучения источника 1 излуиения. Сигналы, снимаемые с фотоприемников 7 и 8, поступают на входы первого блока 10 нахождения разности и сумматора 11. Сигнал с выхода первого блока 10 нахождения разности поступает на аттенюатор 12, где ослабля ется в два раза и далее поступает на первый вход второго блока 13 нахождения разности, на первый вход ко торого поступает сигнал с выхода фотоприемника 9. Сигнал с выхода второго блока 13 нахождения разности поступает на пер вый вход блока 14 умножения. Сигнал, снимаемый с. выхода сумматора 11, пропорциональный мощности излучения источника 1 излучения, пос тупает на функциональный преобразователь 17, реализующий обратно пропорциональную зависимость выходного сигнала от входного. Сигнал с выхода функционального преобразователя 17 поступает на второй вход блока 14 умножения, выходной сигнал с которого поступает на блок 15 согласования, в котором нормируетс;я по амплитуде. Выходной сигнал, формируемый на выходе 6noka 15 согласования, поступает на индикатор 16. . При перемещении отражающего элемента 5, на выходе первого блока 10 нахождения разности формируется сигнал, пропорциональный линейному и угловому перемещению отражающего эле мента 5. Угол d падения на отражающий эле мент 5 пучков лучей, которые попадают на фотоприемники 7, 8, много боль ше угла р падения- на отражающий эле мент 5 пучков лучей, которые попадают на фотоприемник 9, расположенный на -одной из линейных ветвей изменения интенсивности излучения источника 1 излучения. Благодаря малому углу у сигнал, снимаемый с выхода фотоприемника 9, мало зависит от линейного перемещения отражающего элемента 5 и зависит от углового перемещения отражающего элемента 5. в силу этого, после вычитания из сигнала, пропорционального линейным и угловым перемещениям отражающего элемента 5,формируемого на выходе аттенюатора 12, сигнала, пропорционального угловому перемещению отражающего элемента 5, формируемого .на выходе фотоприемника 9 вторым блоком 13 нахождения разности, на его выходе формируется сигнал, пропорциональный линейному перемещению отражающего элемента 5. Для компенсации погрешности, связанной с мощностью излучения источника 1 излучения, информационный сигнал, формируемый на выходе второго блок 13 нахождения разности, умножается блоком 14 умножения на сигнал, обратно пропорциональный мощности излучения источника 1 излучения, который формируется на выходе функционального преобразователя 17. Таким образом, выходной сигнал, формируемый на выходе блока 15 согласования, пропорционален линейному перемещению отражающего элемента 5 и не зависит от мсяцности излучения источника 1 излучения. Сигнал, снимаемый с.выхода фотоприемника 9, пропорциональный угловому перемещению отражающего элемента 5, усиливается усилителем 18, где нормируется по амплитуде и поступает на первый вход блока 19 умножеНИЯ, на второй вход которого поступает сигнал, обратно пропорциональный мощности излучения источника 1 излучения, формируемый на выходе функционального преобразователя 17. На выходе блока 19 умножения формируется сигнал, пропорциональный тангенсу угла поворота отражающего элемента 5, не зависящий от мощности излучения источника 1 излучения. Выходной сигнал блока 19 умножения линеаризуется блоком 20 согласовання и поступает на индикатор 21. Таким образом, в устройстве повыШается точность измерения за счет разделения линейных и угловых составляющих перемещения отражающего элемента, причем результат измерения не зависит от мсяцности излучения источника излучения.

4

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЩЕНИЙ ОБЪЕКТА, содержащее источник излучения.с гауссовским рас- пределением интенсивности в поперечном сечении пучка излучения, оптическую систему, оптически связанную с источником излучения, формирукидую первый пучок лучей, падающий на отражающий элемент, связываемый с объектом, два основных фотоприемнйка, оптически связанных с первым пучком лучей, первый блок нахождения разности, входы которого подключены к двум основным фотоприемникам, и индикатор, отли чающеес я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено дополнительной .оптической системой, оптически .связанной с источником излучения, формирующей второй пучок лучрй, падающий на отражающий элемент, причем угол падения первого пучка лучей на отражающий эдеМент больше угла падения второго пучка лучей на отражающий элемент, дополнительным фотоприемником, оптически связанным с вторым пучком лучей, вторым блоком нахождения разности, входы которого связаны с выходами первого блока нахождения разности и дополнительного Фотоприемника,сумматором,входа которого подключены к выходам основных фотоприекшиков и второму входу перво(Л го блока нахождения разности, функциональным преобразователем, вход с которого подключен к выходу сумматора, блоком умножения, входы которого подключены к выходу второго блока нахождения разности и выходу функционального преобразователя, выход блока умножения соединен с индикатором. | :А сл со