Устройство для измерения перемещений Советский патент 1985 года по МПК G01B11/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, в станкостроении для измерения линейных перемещений и вибраций элементов станков.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является .устройств для измерения перемещений, содержащее последовательно установленные источник излучения, анализатор-скантор, выполяеный в виде зеркального ножа с приводом, объектив и фотоприемник, и электронный блок обработки информации, подключенный к выходу фотоприемника 1 J.

Е{едостатком известного устройства, реализующего прямой метод измерений, является его сравнительно невысокая точность, обусловленная изменением выходного сигнала фотоприемника не только вследствие контролируемого перемещения, но и изза ряда неконтролируемых факторов (напыленность атмосферы, флуктуации отражающей способности контролируемой поверхности и т.п.). .

Цель изобретения - повышение точности измерений. Цель достигается тем,-что устройство для измерения перемещений, содержащее последовательно установленные источник излучения, анализатор-сканатор, выполненный в виде зеркального ножа с приводом, объектив и фотоприемник, и электронный блок обработки информации,, подключенный к выходу фотопремника, снабжено плоским зеркалом с приводом, .установленным перпендикулярно оптической оси устройства ПО- ходу излучения между анализатором-сканатором и объективом с возможностью возвратно-поступательного движения в направлении совпадающем с направлением-оптической оси устройства, а фотоприемник расположен в обратном ходе излучения от плоского зеркала с противоположной по отношению к нему стороны анализатора-сканатора.

На фиг.1 показана принципиальная схема устройства для измерения продольных перемещений; на фиг.2 - диоды напряжений в точках, обозначенных на фиг.1.

Устройство состоит из последовательно расположенных (фиг.1) источника 1 излучения, анализатора-сканатора, выполненного в виде зеркального ножа 2 с приводом 3, плоского зеркала 4, жестко скрепленного со сканатором 5, выполняющим функции

привода зеркала 4 и объектива 6,

фотоприемника 7 и электронного блока обработки информации (на фиг.1 обведен пунктиром), включающего : в измерительном канапе - предварительный усилитель 8, детектор 9, широкополосный усилитель 10, инвертор 11, дифференциатор 12, триггер 13 Шмидта, логическую схему 14 в опорном канале - генератор 15, триггер 16 Шмидта,-умножитель 17 частоты. Оба канала сведены на измерителе 18 временных интервалов.

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 излучения формирует на зеркальном ноже-анализаторе 2 световое пятно. Зеркальный нож-анализатор 2 под действием сигнала с генератора 15 через умножитель 17 частоты, подаваемого на привод 3, совершает гармонические колебания вокруг линии среза зеркального ножа-анализатора 2 (точка А), вследствие чего отраженный от него световой пучок совершает угловое сканирование по плоскому зеркалу 4 и, отражаясь от последнего, по апертуре объектива 6. На фиг.1 показаны два крайних положения светового

пучка. Амплитуда сканирования и размеры плоского зеркала 4 выбираются такими, что световой пучок не диаф-, рагмируется ни на плоском зеркале 4 пи на оправе объектива 6. Под действием сигнала с генератора 15, подаваемого на сканатор 5, связанный с плоским зеркалом 4 механической связью, последнее совершает возвратно-поступательное движение параллельно самому себе с частотой, на порядок меньшей частоты сканирования ножа-анализатора 2. В результате световое пятно,, построенное объективом 6 на ноже-анализаторе 2 в пространстве изображений,помимо углового сканирования, обусловленного колебаниями ножа-анализатора 2, будет дополнительно возвратно-поступательно перемещаться вдоль оптической оси.

Отразившись от контролируемого объекта 19, излучение вновь проходит объектив 6 и, отразившись от зеркала

311

4, совершает угловое и продольное перемещение по срезу ножа-анализатора 2, за которым в обратном ходе излучения расположен фотоприемник 7, На выходе фотоприемника 7 формируется модулированный сигнал (фиг.2 б), содержащий информацию о величине продольного смещения контролируемого объекта 19.

Обработка сигнала, снимаемого с фотоприемника 7, может быть проведена следующим образом.

Сигнал (фиг.2 б) усиливается предварительным усилителем 8 и поступает на детектор 9. Затем сигнал (фиг.2 в) усиливается широкополосным усилителем 10, инвертируется инвертором 11 (фиг.2 .г), поступает на дифференциатор 12, после чего (фиг.2 д) формируется триггером 13 Шмидта (фиг.2 а) и через логическую схему 14 (фиг.2 з) попадает на измеритель 18 временных интервалов.

74234

Опорный сигнал с генератора 15 (фиг.2 а) формируется триггером 16 Шмидта (фиг.2 ж) и также подается на измеритель 18 временных интервалов. Одновременно опорный сигнал подается и на привод 5 зеркала 4.

Измеритель 18 временных интервалов осуществляет измерение интервала между фронтами импульсов измерительного и опорного сигналов (фиг.2 з). Длительность t этого интервала пропорциональна величине смещения контролируемого объекта 19 относительно среза ножа-анализатора 2. Направление смещения определяется по направлению смещения фронта измерительного сигнала относительно опорного.

Введение колеблющегося плоского зеркала позволяет перейти к времяимпульсному методу измерения,, прак-. тически независящему от амплитудных флуктуации фототока, и за счет этого повысить точность измерений.

a

Ф

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее последовательно установленные источник излучения, анализатор-сканатор, выполненный в виде зеркального ножа с приводом, объектив и фотоприемник, и электронный блок обработки информации, подключенный к выходу фотоприемника , отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено плоским зеркалом с приводом, установленным перпендикулярно к оптической оси устройства по ходу излучения между анали-, затором-сканатором и объективом с возможностью возвратно-поступательного движения в направлении, совпадающим с направлением оптической оси г) устройства, а фотоприемник расположен в обратном ходе излучения от плоского зеркала с противоположной по отношению к нему стороны анализатора-сканатора. О 1ч5 Од

ж

гж

ы

А

Л.

(

тщ (изм)

Jl

4

в

mtffg

(on)

AI

(7

Фиг.г