Измеритель линейных перемещений Советский патент 1984 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к из мерите; ьной технике и может быть использовано, например, при вибрационных испытаниях.

Известны измерители- линейных перемещений. Содержащие лазер и позиционно-чувствительный фотоприемник |1).

Однако измерители имеют невысокую точность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является измеритель линейных перемещений, содержащий оптически связанные и.злучатель, полупрозрачное зеркало и фотоприемник с диафрагмой, блок усилителя с фотоприемником, подключенные к фотоприемнику с диафрагмой, и индикаторное устройство (2).

Недостаток такосо измерителя - невысокая точность измерений, обусловленная погрещностью, вносимой некотролируемыми угловыми перемещениями объекта.

Цель изобретения - повьнление точности измерений.

Цель достигается тем, что измеритель линейных перемещений, содержащий оптически связанные излучатель, полупрозрачное зеркало и фотоприемник с диафрагмой, блок усилителя с фотоприемником, подключенные к фотоприемнику с диафрагмой, и индикаторное устройстр$о, снабжен призмой типа БМ-90-90°, расположенной походу пучка излучения от излучателя так, что ее входная грань составляет угол 45° с направлением пучка, а четыре других ее грани параллельны пучку, двумя зеркалами, установленными напротив входной и выходной граней призмы так, что плоскости зеркал параллельны сторонам соответствуюнхих граней призмы, перпендикулярным Направлению входящего пучка излучения, вторым фотоприемни ком с диафрагмой, плоскость которой параллельна плоскости диафрагмы первого фотоприемника с диафрагмой, ориентированной щелью г ерпендикулярно плоскости падения пучка, отраженного от зеркала, установленного напротив вход1гой ранн призмы, а щель диафрагмы второго фотоприемника ориентирована параллельно плоскости паления пучка, отраженного от другого зеркала, измеритель снабжен дифференциальным усилителем, входы которого подключены к фотоприемникам, а выход - к индикаторному устройству.

На чертеже изображена структурная схема измерителя линейных перемещений.

Измеритель линейных перемещений содержит излучатель - лазер 1, фотоприемник 2 с диафрагмой 3, полупрозрачное зеркало 4, блок 5 усилителя с фотоприемником 6 и индикаторное устройство 7. Кроме этого, измеритель содержит призму 8, например, типа БМ-90-9()°, расгголоженную по пучка излучения от лазера I так, что ее входная грань составляет угол 45° с направлением нучка, а четыре других ее грани параллельны ему, зеркало 9, расположенное в пучке, отклоненном входной гранью призмы 5 8 так, что оно параллельно сторонам входной грани призмы 8, которые направлены перпендикулярно направлению пучка лазера 1. В пучке, отклоненном выходной гранью призмы 8, расположено зеркало 10 так, что оно параллельно сторонам выходной грани призмы 8, направленных перпендикулярно направлению пучка лазера 1. Пучки, отраженные зеркалами 9 и 10, падают на контролируемый объект II.

Оба пучка лучей отражаются от контро5 лируемого объекта 11 в одной точке. Это достигается тем, что,первое зеркало 9, расположенное по ходу пучка излучения, отраженного от входной грани призмы 8, расположено параллельно сторонам а и b этой грани, которые направлены перпендикулярно направлению пучка лазера, а второе зеркало 10, расположенное по ходу пучка излучения, отраженного от выходной грани призмы 8, расположено параллельно сторонам с и d этой грани, которые направлены пер5 пендикулярно направлению пучка лазера и направлению сторон а и b входной грани призмы 8. При этом первое зеркало 9 может менять свой наклон относительно падающего на него пучка, оставаясь параллельным сторонам айв входной грани призмы

8, а зеркало 10 может менять свой наклон относительно падающего на него пучка, оставаясь параллельным сторонам с и d выходной грани призмы 8. Это позволяет совместить оба падающих на контролируемый объект 11 пучка в одной точке на его поверхности.

В пучке, отраженном от зеркала 10 и контролируемого объекта И, расположен второй фотоприемник 12 с диафрагмой 13. Щель диафрагмы 13 параллельна щели ди0 афрагмы 3 фотоприемника 2, расположенного в пучке, отраженном от зеркала 9 и контролируемого объекта 1 1. Диафрагма 3 расположена так, что ее щель перпендикулярна плоскости падения пучка, отраженного от зеркала 9, а диафрагма 13 расположена так, что ее щель параллельна плоскости падения пучка, отраженного от зеркала 10.

Фотоприемники 2 и 12 подключены к входам дифференциального усилителя 14, выход которого подключен к индикаторному уст0 ройству 7.

Оптический измеритель линейных перемещений работает следующим образом.

Лазер I располагается относительно контролируемого объекта I 1 так, чтобы в отсутствие призмы 8 пучок лазера падал нор5 мально поверхности контролируемого объекта 11 в измеряемой точке. Пучок лазера 1 падает на входную грань призмы 8, например, типа БМ-90-90° и отражается ею так, что направление отраженного входной гранью пучка, например первого пучка, составляет угол 90° с первоначальным направлением пучка лазера I. Часть излучения пучка лазера 1 проходнт через входную грань призмы 8 и отражается выходной гранью призмы 8 так, что направление отраженного пучка, например второго пучка, составляет угол 90° с первоначальным направлением пучка лазера 1 и угол 90° с направлением первого пучка. Первый пучок отражается зеркалом 9 в измеряемую точку на поверхности контролируемого объекта 11. Второй пучок отражается зеркалом 10 в ту же измеряемую точку на поверхности контролируемого объекта И. Плоскости падения первого и второго пучков на контролируемый объект 11 взаимно перпендикулярны. При перемещении контролируемого объекта 1 отраженные от него первый и второй пучки перемещаются относительно диафрагм 3 и 13 соответственно. Интенсивность излучения распределена по поперечному сечению лазерного пучка по закону Гаусса. Поэтому при перемещении, пучка поперек щели диафрагмы интенсивность прошедщего через нее излучения nojTyчает приращение, причем перемещение пучка относительно щели диафрагмы происходит в пределах линейного участка кривой Гаусса, что достигается выбором щирины щели диафрагмы d ,1г, где г - радиус пучка в плоскости диафрагмы. При перемещении пучка вддль щели диафрагмы интенсивность излучения, прошедщего через нее, не изменяется. Это достигается выбором длины щели диафрагмы d s 2--3г. При перемещении контролируемого объекта 11, сигнал на фотоприемнике 2 пропорционален сумме сигнала, обусловленного линейным перемещением контролируемого объекта 11, и сигнала, обусловленного его угловым перемещением в плоскости падения первого пучка, так как эти перемещения приводят к перемещению первого пучка поперек щели диафрагмы

3, а угловые перемещения контролируемого объекта 11 в плоскости падения второго пучка приводят к перемещению первого пучка вдоль щели диафрагмы 3 и не вызывают сигнала на фотоприемнике 2. Сигнал на фотоприемнике 12 пропорционален угловому перемещению контролируемого II в плоскости падения первого пучка, так как при этом второй пучок перемещается поперек щели диафрагмы 13. Линейное перемещение и угловые перемещения контролируемого объекта 11 в плоскости падения второго пучка приводят к перемещению второго пучка вдоль щели диафрагмы 13, что не вызывает сигнала на фотоприемнике 12. Сигналы с фотоприемников 2 и 12 поступают на входы дифференциального усилителя 14, выходной сигнал которого пропорционален линейному перемещению контролируемого объекта, которое определяется по показаниям индикаторного устройства 7. Это поясняется формулой

UBba UoA-bUoy-UA

где Цвьигсигнал на выходе дифференциального усилителя 14;

Uon-составляющая сигнала на выходе

фотопрнеМника 2, обусловленная линейными перемещениями контролируемого объекта И;

U ojj составляющая сигнала на выходе фотоприемника 2, обусловленная угловыми перемещениями контролируемого объекта 11,

( д - сигнал

на выходе фотоприемнка 12.

Так как Uoy ид,то Ubbi« Uon. Оснащение измерителя линейных перемещений расположенными указанным образом призмой БМ-90-90°, двумя зеркалами, третьим фотоприемником с диафрагмой и дифференциальным усилителем позволяет устранить погрешность, обусловленную угловыми колебаниями объекта и повысить точ ность измерений примерно в 3 раза.

ИЗМЕРИТЕЛЬ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий оптически связанные излучатель, полупрозрачное зеркало, фотоприемник с диафрагмой, блок усилителя с фотоприемником, подключенные к фотоприемнику с диафрагмой, и индикаторное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен призмой типа БМ-90-90°, расположенной по ходу пучка излучения от излучателя так, что ее входная грань составляет угол 45° с направлением пучка, .а четыре других ее грани параллельны пучку, двумя зеркалами, установленными напротив входной и выходной граней призмы так, что плоС кости зеркал параллельны сторонам соответствующих граней призмы, перпендикулярным направлению входящего пучка излучения, вторым фотоприемником с диафрагмой, плоскость которой параллельна плоскости диафрагмы первого фотоприемника с диафрагмой, ориентированной щелью перпендикулярно плоскости падения пучка, отраженного от зеркала, установленного напротив входной грани призмы, а щель диафрагмы Q второго фотоприемника ориентирована параллельно плоскости падения пучка, отра- Л женного от другого зеркала, измеритель снаб- жен дифференциальным усилителем, входы которого подключены к фотоприемникам, а выход - к индикаторному устройству. . g