Устройство для измерения линейных перемещений объектов Советский патент 1985 года по МПК G01B21/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений, амплитуд вибраций, линейных размеров деталей и т.д.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерений линейных перемещений объектов содержит систему 1 формирования интерференционных или муаровых полос, линейку 2 фотоприемников, связанную с ней, блок 3 индикации, блок.4 пространственной селекции фотоприемников, входы которого подключены к линейке 2 фотоприемников и к входам сумматора 5, последовательно соединенные блок 6 управления, подключенный входом к выходу блока 4 пространственной селекции фотоприемников и исполнительный узел 7, связанный механически с линейкой 2 фотоприемников, выходы сумматора 5 соединены соответственно с вторым и третьим входами блока 6 управления. Блок 6 управления выполнен в виде фильтра 8 низких частот, дифференциального усилителя 9, коммутатора 10, высоковольтного усилителя 11 и компаратора 12, фильтр 8 низких частот связан выходом с первым входом дифференциального усилителя 9 и информационным входом коммутатора 10, второй вход дифференциального усилителя 9 подкгаочен к первому выходу сумматора 5, выход - к первым входам высоковольтного усилителя 11 и компаратора 12, соединенного вторым входом с вторым выхбдом сумматора 5 а выход компаратора 12 подключен к управляющему входу коммутатора 10 и к второму входу высоковольтного усилителя 11.

Устройство работает следующим образом.

Из интерференционной картины, сформированной системой 1 формирования интерференционных или муаровы полос, выделяются 2 полосы: темная и светлая, которые проецируются на линейку 2 фотоприемников, причем ширина вырезанных полос устанавливается одинаковой и равной линейным размерам линейки 2 фотоприемников, на выходе которых формируются сигналы, пропорциональные распре7452

делению освещенности вдоль выделенного участка.

При виброперемещениях исследуемого объекта (не показан) происходит сканирование интерференционной

полосы по фотоприемникам линейки 2, в результате чего на их выходах формируется электрический сигнал, среднее значение которого связано

с пространственным положением фотоприемника линейки 2 относительно интерференционной полосы, а переменная составляющая связана с величиной виброперемещения и с пространственным положением фотоприемника линейки 2 .

Блок 4 пространственной селекции фотоприемников линейки 2 подключает к блоку 3 индикации тот фотоприемник линейки 2, который пространственно расположен на участке, соответствующем середине между максимальным и минимальным освещенностями интерференционной полосы.

Блок 3 индикации индицирует переменный, электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональная величине виброперемещений исследуемого объекта.

При сканировании границы раздела между максимальной и минимальной освещенностями интерференционной полосы в пределах светочувствительной поверхности одного фотоприемника линейки 2 происходит искажение снимаемого с этого фотоприемника фотосигнала в случае, если сканирование происходит не относительно центра границы раздела светочувствительной поверхности фотоприемника линейки 2.

Постоянная составляющая сигнала, снимаемого с выхода указанного фотоприемника линейки 2, характеризует положение границы интерференционных полос на светочувствительной поверхности этого фотоприемника, что соответствует положению рабочей точки на передаточной характеристике, связывающей величину линейного перемещения интерференционной или муаровой полосы с величиной светового потока, падающего на фотоприемник. Сравнение значения постоянной

составляющей напряжения сигнала,

снимаемого в текущий момент с фотоприемника, с величиной напряжения, соответствующего положению рабочей точки на середине линейного участк передаточной характеристики выбранного фотоприемника, позволяет более точно настроить центр границы раздела светочувствительной по- верхности выбранного фотоприемника линейки 2 на место сканирования границы раздела интерференционной полосы и устранить искажение сигна ла, снимаемого с выхода этого фото приемника при измерении малых виброперемещений объекта, амплитуда колебаний которого не превьшает ве личины линейного участка передаточ ной характеристики данного фотопри емника. Сравнение значений указанных напряжений и более точная на стройка выбранного фотоприемника на место сканирования границы раздела интерференционных полос осуществляется обратной связью, состоящей из блока 6 управления и исполнительного узда 7, на котором закреплена линейка 2 фотоприемнико им не перемещаемая. Сигнал с выхода блока 4 простра ственной селекции фотоприемников поступает на вход фильтра 8 низких частот, с выхода которого постоянная составляющая напряжения сигнал поступает на первый вход дифференциального усилителя 9, на второй вход которого подается напряжение с первого выхода сумматора 5, вели чина которого соответствует нахождению рабочей точки на середине линейного участка передаточной характеристики выбранного фотоприем- ника линейки 2. Эта величина равна ( МО|К.С MKHj и cf- 1 где - - количество фотоприемнико приходящихся на одну интерференционную полосу темную или светлую; количество фотоприемнико в линейке 2; величина напряжения с вы хода фотоприемника, расположенного на светлой п лосе j величина напряжения с вы хода фотоприемника, расп ложенного на темной поло Поскольку вьщеляются две полосы (темная и светлая) равной ширины, а количество фотоприемников, при54холящихся на обе полосы одинаково, то при сканировании границы раздела интерференционных полос по линейке 2 фотоприемников сигналы с кх выходов изменяются на одинаковую величину противофазно один другому, так что их сумма не изменяется и величина U „ остается постоякной. при этом предполагается, что колебания контролируемого объекта происходят нормально к падающему. на него излучению, т.е. ширина вьфе закньк полос в процессе измерений не изменяется. В случае, если сканирование границы раздела интерференционных полос происходит не относительно центра гранииь раздела светочувствительной поверхности выбранного фотоприej.jKKica линейки 2, но на выходе дифференциального усилителя 9 появляется напряжение рассогласования, величина которого прямо пропорциональна расстоянию от центра границы раздела светочувствительной поверхности выбранного фотоприемника линейки 2 до места положения точки на СЕегочувствительной поверхности зыбранкого фотоприемника, относительно которой происходит сканирование границы раздала интерференционных полосJ Знак напряжения рассогласования опред зляет направление перемещения, Напрюкение рассогласования с выхода дифферекциапьного усилителя 9 через высоковольтный усилитель 11 подается на вход исполнительного узла 75 которьЕ-: перемещает закрепленную на нем линейку 2 фотоприемников до тех пор5 пока центр границы раздела светочувствительной поверхности выбранного фотоприемника линейки 2 не совпадает с точKOHf относительно которой происходит сканирование границы раздела интерференционных полос, В момент, когда величина постоянной составляющей измеряемого сигнала совпадает с величиной напряжения подаваемого с первого вьпсода cyi шaтopa 5, напряжение рассогласования становится равным нулю и перемещение линейки 2 фотоприемников прекращается. Напряжение рассогласования с выхода дифференциального усилителя 9 поступает также на первый вход компаратора 12, где сравнивается с ве

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ HSlfEPEНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТОВ, содержащее систему формирования интерференционных или муаровых полос, линейку фотоприемников, оптически связанную с системой форми- рования интерференционных или муа.ровых полос, последовательно соединенные блок Пространственной селекции фотоприемников и блок индикации, блок управления, подключенный входом к выходу блока пространственной селекции фотопри- емников, и исполнительный узел, связанный механически с линейкой фотоприемников, соединенной с блоком пространственной селекции фотоприемников, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено сумматором, блок управления снабжен вторым и третьим входами, причем входы сумматора соединены с выходами линейки фотоприемников, а его выходы соответственно соединены с вторым и третьим входгши блока управления, а выход блока управления соединен с исполнительным элементом. 2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что блок управления выполнен в виде высоковольтного усилителя, компаратора, (Л дифференциального усилителя, коммутатора и фильтра низких частот, вход которого является первым входом блока управления, выход соединен с первым входом дифференциального усилителя и с информационным входом коммутатора, второй ч вход дифференциального усилителя 4ib является вторым входом блока управ « СП ления, выход соединен с первыми входами высоковольтного усилителя и компаратора, второй вход компаратора подключен к третьему входу блока управления, выход компаратора подключен к управляннцему входу коммутатора и к второму входу высоковольтного усилителя, выход которого является выходом блока управления .