Устройство для измерения линейных перемещений объекта Советский патент 1984 года по МПК G01B21/00 G01B9/02 

4

00 00

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано дпя измерения линейных перемещений различных объектов.

Известно устройство для измерения линейных перемещений объекта, содержащее двухлучевой интерферометр с двумя фотоэлектрическими преобразователями, блок определения направления перемещеаиЯэ реверсивный счетчик, ииформахцюпный и управляющие входы которого соединены с выходам -; блока определения направлений пере1-1ещения, а также вспомогательный интерферометр. В устройстве осуществляется коррекщ я результатов измерения при изменении длины опорного плеча основ ого ир терферометра jj .

Недостаток устройства - появление погрешности измерения при из менении величины постоянной и переменной составляющих сигна.ла фототока снимаемого с фотоэлектрических преобразователей.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения линейных перемещений объекта, содержащее двухлучевой интерферометр с двумя фотоэлектрическими преобразователями, блок определения направления перемещения, реверсивный счетчик, информаи онньш и управляющий входы которого соединены с вьrxoдa я блока определения направления перемещения и первый блок коррекции, вход которого соединен с выходом первого фотоэлектрического преобразователя. Устройство также содержит вспомогательный интерферометр. В нем осуп ествляется коррекция результатов измерения при изменении ддтины измеритепьного плеча основного ИЕггерферометра и показателя преломления среды zj .

Недостатком известного устройства является появление погрешности-измерений при изменении величины постоянной и переменной составляющих сигнала фототока, снимаемого с фотоэлектрических преобразователей, при изменении мощности излучения когерентного источника света, входящего в основной интерферометр, измененю контрастности интерференционных цолос и т.д.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения линейных перемещений объекта, содержащее двухлучевой интерферометр с двумя фотоэлектрическими преобразователями, блок определения направления перемещения, реверсивный счетчик, информационный и управляю1ций входы которого соединены с выходамиблока определения направления перемещения и первый блок коррекции, вход которого соединен с выходом первого фотоэлектрического преобразователя, снабжено частотным дискриминатором;

S вход которого соединен с информацион-ным входом реверсивного счетчика, делителем частоты, информационный и установочный входы которого соединены соответственно с инфор0мационным и управляюп1им входами реверсивного счетчика, блоком задержки, вход которого соединен с выходом делителя частоты, вторым блоком коррекции, вход которого

5 соединен с выходом второго фотоэлектрического преобразователя, выходы блоков коррекции связаны с входами блока определения направления перемещения, управляющие входы блоков

0 коррекции соединены с выходами частотного дискриминатора, делителя частоты и блока задержки.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 5функциональная схема блока коррек- 1ШИ .

Устройство содержит двухлучевой интерферометр 1 с двумя фотоэлектри40 ческими преобразователями, состоящий из оптически связанных источника 2 когерентного излучения, светоделительного элемента 3, зеркала 4, установленного в опорной ветви, зер45 кала 5, связанного с объектом, установленного в измерительной ветви, светоделительного элемента 6, диафрагм 7, 8 фотоприемников 9, 10, блоки 11, 12 коррекции, входы кото50РЫХ соединены с фотоприемниками 9, 10, сумматор 13, входы которого соединены с выходами блоков 11, 12 коррекции, вьмитатель 14, входы которого соединены с выходами блоков 11

5512 коррекции, блоки 15, 16 коррекции, входы которых соединены с выходами сумматора 13 и вычитателя 14, блок 17 определения направления перемещения, входы которого соединены с выходами блоков 15, 16 коррекции, реверсивный счетчик 18, информационный и управляющий входы которог соединены с выходами блока 17 определения направления перемещения, частотный дискриминатор 19, вход которого соединен с информационным входом реверсивного счетчика 18, делитель 20 частоты, информационньй и установочный входы которого соеди нены с информационным и управляющим входами реверсивного счетчика 18, блок 22 задержки, вход которого сое динен с выходом делителя частоты, управляющие входы блоков 11, 12, 15 и 16 коррекции соединены с выход ми частотного дискриминатора 19, де лителя 20 частоты и блока 21 задерж ки . Блоки 11, 12, 15 и 16 коррекции состоят из узлов 22 поддержания уро ня постоянной составляющей и узлов 23 поддержания уровня переменной со тавляющей . Узел 22 поддержания постоянной составляющей включает сумматор 24, амплитудные детекторы 25, 26 сум-матор 27, цифровой сумматор 28, ком мутатор 29, тактируемый блок 30 сравнения, реверсивный счетчик 31, цифроаналоговый преобразователь 32 Узел 23 поддержания уровня переменной составляющей включает перемножитель 33, амплитудные детекторы 34, 35, вычитатель 36, цифровой вычитатель 37, коммутатор 38, такти руемый блок 39 сравнения, реверсивный счетчик 40, цифроаналоговый преобразователь 41. Устройство работает следующим образом. Световой луч, излучаемый источником 2 когерентного излучения,делится светоделительным элементом 3 на два луча - опорный и измерительный, которые, отразившись от зеркал 4, 5, в обратном ходе интерфе рируют на светоделительном; элементе разделяются на два луча светоделительным элементом 6 и, пройдя диаф рагмы 7, 8 попадают на фотоприемники 9, 10. Сигналы, снимаемые с фотоприемников 9, 10 сдвинутые один относительно другого на 90, поступают на входы блоков 11, 12 коррекции, вых ной сигнал которых поступает на входы сумматора 13 и вычитателя 14 Сигналы с выходов сумматора 13 и вычитателя 14 поступают на входы блоков 15, 16 коррекции, вькодной сигнал которых поступает на входы блока 17 определения направления перемещения. При перемещении зеркала 5, связанного с объектом, интерференционные полосы, формируемые на светоделительном элементе 5, перемещаются, что приводит к Появлению сигналов на входе блока 17 определения направления перемещения. В зависимости от знака перемещения объекта блок 17 определения направления перемещения формирует сигнал знака перемещения объекта, который nocTjTiaeT на управляющий вход реверсивного счетчика 18, на информационный вход которого поступают импульсные сигналы с выхода блока 17 определения управления перемещения, количество которых связано с величиной линейного перемещения объекта. Частота сигналов, формируемых на выходе блока 17 определения направления перемещения сигнализируется частотным дискриминатором 19 и периодически делится на четыре делителем 20 частоты. При изменении направления перемещения делитель 21 частоты сбрасывается. При прохождении на вход реверсивного счетчика 18 четырех импульсов, соответствующих перемещению одной интерференционной полосы, делитель 20 частоты формирует сигнал, запускающий блоки 11, 12, 15 и 16 коррекции, которые осуществляют подстройку уровней постоянной и переменной составляющих. Работа блоков 11, 12, 15 и 16 коррекции одинакова. Каждый из блоков 11, 12, 15 и 16 коррекции представляет собой последовательно включенные узлы 22, 23 поддержания уровней постоянной и переменной составляюгцих. Работа каждого из узлов 22, 23 поддержания постоянной и переменной составляю1чих основана на анализе постоянной и переменной составляющих информационного сигнала, сравнении с уставкой и формировании сигнала управления, поддерживающего уровень постоянной и переменной составлякнцих неизменным.

Аиалнз постоянной и поремен.ной состатшяклцнх прово;дится па постоянном или перемешюм токе в зависимостя от скорости псре.мсишиия объекта, которая определяется частотным дяскр М П1атором 19 ,

)ормагдпо и1ый см гнал, поступающий на яход блока 11 коррекгдаи, подется на DXO; сзмг.(атора 24, выходюй сигнал с которого подается на вход п. 33, вькодной сигнал . с которого постуггает на выход блока 1 1 ко1)рекииг1.

При малых скоростях перемещения объекта сигп;.и7ы с выхода сумматора 24 и перемножитс-шя 33 поступают на амплитудные детекторы 25, 26, 34 и 35. зaIIo Инaюlщ e максимальные и .пни:-;альиые зипчения сигналов.

Сигпа.лы с амп.нггудных детекторов 25, 26, 34 и 35 поступают на входы . 27 и вылитателя 36. па выходах )1х формируется сигнал, л})опор1гло; ал1 ПЬ Й постоянной и переменно сосгавляю Щ1м информащ-юплого сигнала, которые, проГдя коммутатор.ы 29, 38 подаются на тактируемые блокр 30, 39 сравнения, где сравниваются с oгIOpньj напряжением.

При поступлении импульса, с юрмируемого д,елителем 20 частоты, на одном 13 выходов тактируемых блоков 30, 39 сравнения .и зависимости от результата С1)авнсния формируются импульсы, nocTjavaiTine а peBepctnjHHe счетчики 31 40. тн-лходHoii сигнал

которых в виде параллельного кода поступает на цифроаналоговые преобразователе 32, 41 выходные сигналы с которых поступают ив входы сумматора 24 и перемножителя 33, поддерживая неизменным уровень постоянной и переменной составляющих информационного сигнала на выходах блоков 11, 12, 15 и 16 коррекции.

При малых скоростях перемещения

объекта частотный дискриг 1инатор 19 формрует сигнал, переключающий коммутаторы 29, 38, а постоянная и Г1е эеменная составляюпще информационHoio сигнала измеряются цифровыми

сумматором 28 и вычитателем 37, выход ные сигналы с которых через коммутаторы 29, 38 поступают на тактируемые блоки 30j 39 сравнения.

Сброс цифровых сумматора 28 и

вычитатепя 37 осуществляется импульсом, формируемым блоком 21 задержки.

Сумматор 13 и вычитатель 14 формируют на выходах квадратзфы изменяю диеся информационные сигналы при

сдвиге фаз информационных сигналов cunMaeNMX с фотоприемников 9, 10 на вачичину, отличающуюся от 90. Использование предлагаемого устройст-ва позволяет повысить точность измерения линейных перемеще1шй объекта путем аБТоматичес; :ого регулирования постоянной и переменной сос,тавл5псщих информационных аналоговых

сигналов при различных скоростях перемещения объекта.

Г

6

Фиг f

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА, содержащее двухлучевой интерферометр с двумя фотоэлектрическими преобразователями, блок определения направления перемещения, рёверсивньй счетчик, информационный и управляющий входы которого соединены с выходами блока определения направления перемещения и первый блок коррекции, вход которого соединен с выходом первого фотоэлектрического преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно сна°бжено частотным дискриминатором, вход которого соединен с информационным входом реверсивного счетчика, делителем частоты, информационный и установочный входы которого соединены соответственно с информационным и управлякщим входами реверсивного счетчика, блоком задержки, вход которого соединен с выходом делителя частоты, в.торым блоком коррекции, вход которого соединен с выходом второго фотоэлектрического преобразователя, (Л выходы блоков коррекции связаны с входами блока определения направления перемещения, управляющие входы блоков коррекции соединены с выходами частотного дискриминатора, делителя частоты и блока задержки.