Способ измерения малых угловых скоростей Советский патент 1985 года по МПК G01P3/36 

Фиг.1 Изобретение относится к измерите ной технике и может быть использова но для дистанционных измерений малы угловых скоростей. Целью изобретения является повышение точности измерений в условиях вибраций, На фиг. 1-5 представлены временные слаграммы, пояснякщие способ; н фиг. 6 - схема устройства для реали зации способа. Сущность способа заключается в следующем. Облучающий световой пото отражаясь от грани отражателя, напр мер, в виде многогранной цилиндрической призмы, закрепленной на оси вращения объекта, преобразуется в электрический импульс,когда луч све тового потока совпадает с направление нормали к отражающей поверхности гр ни. При вращении объекта в одном на равлении отражагацие грани призмы пос ледовательно проходят нормальное по ложение относительно светового луча В результате получают последователь ность импульсов (фиг. 1). Добавление к этой последовательности нового импульса свидетельствует о том, что объект-повернулся на фик сированный угол,-а временной интервап между импульсами говорит о скорости поворота объекта на данный угол (скорость обратно пропорциональна временному интервалу между импульсами), Если наряду с медленным вращением вокруг оси объек совершает высокочастотные гармонические колебания вокруг той же оси (имеет место угловс1я вибрация объек та) , то при подходе отражающей грани призмы.к положению нормальному относительно светового луча возникает вместо одного импульса серия (пакет) импульсов, скрывающих отсчетный импульс, характеризующий прохождения объектом фиксирова ного угла с усредненной скоростью. Необходимо выделить из пакета импул сов отсчетный импульс. В предлагаемом способе эта задача решается следующим образом. При совпадении светового лзгча с нормалью к отражанщей грани призмы появляется импульс. Если объект совершает угловые колебания (вибрирует) и направление оси симметрии этих колебаний совпадает с направле- нием светового луча (фиг. 3), То возникает последовательность импульсов, удаленных между собой на равные расстояния (фиг. 3). На фиг.3 (и угол отклонения нормали отражающей грани призмы от направления светового луча, принятого на О О угол между направлением оси симметрии угловых колебаний объекта и направлением светового луча (фиг. 4 и 5). Если ось симметрии угловых колебаний образует со световым лучом положительный (фиг. 4) или отрицательный (фиг.5) углы, то возникает последовательность импульсов, но с разными временными интервалами между ними. Эти интервалы изменяются с изменением величины угла между осью симметрии угловых колебаний и световым лучом. Если объект .наряду с угловыми колебаниями совершает очень медленное вращательное движение одного направления, то при приближении отражакщей грани к нормальному положению относительно направления светового луча возникает пакет из последовательности импульсов, расстояния между которыми изменяются (фиг. 2), Момент времени, когда эти расстояния станут одинаковыми (на фиг. 2 расстояния между импульсами И1, И2, ИЗ, первого t,,второго At и т.д. пакетов импульсов одинаковы), соответствует моменту совпадения направ-i ления светового луча с осью симметрии угловых колебаний (вибраций) объекта, вращающегося с усредненной скоростью. Третий импульс ИЗ в пакете импульсов из последовательности равноудаленных 11 нпульсов может быть выбран в качестве отсчетного, характеризующего момент прохождения объектом фикси- рованного угла с усредненной скоростью. При вращении объекта с малой угловой скоростью в условиях вибраций в моменты прохождения объектом фиксированного угла возникают пакеты импульсов. Временные промежутки между отсчетными импульсами, находящимися в соседних пакетах, характеризуют среднюю скорость прохождения объектом фиксированного угла. Причем в качестве отсчетных импульсов выбирают третьи импульсы в пакетах из последовательности равноудаленных импульсов. Устройство, реализующее способ, содержит автоколлиматор 1, представ- ляняций собой оптический фотоэлектри- ческий датчик фиксации угла к плоской поверхности, оптическая ось кот рого направлена на грани многогранной цилиндрической призмы 2, закреп ленной на оси вращения объекта, сче ные блоки 3 и 4, соединенные через информационные входы с выходом авто коллиматора 1 и представляющими собой счетчики импульсов, управляннций вход первого счетного блока 3 подключей к первому вьпсоду второго сче ного блока 4, а управляющий вход второго счетного блока 4 подключен к первому выходу первого счетного . блока 3, блок 5 сравнения, представ ляющий собой логическое устройство, подключенный к вторым выходам счетны блоков 3 и 4, вычислитель 7, соединенный с выходом блока 5 сравнения, генератор 6 квантующих импульсов, подключенный к счетным входам счетн блоков- 3 и 4. Устройство работает следующим образом. Световой поток, посылаемый автоколлиматором 1, отражаясь от грани призмы 2, ось вращения которой перпендикулярна оптической оси автокол лиматора, возвращается в автоколлиматор и преобразуется в нем вэлектрический импульс, когда оптическая ось автоколлиматора совпадает с направлением нормали к отражающей грани призмы 2. При вращении призмы 2 в одном направлении отражающие грани ее последовательно проходят нормальное положение по отношению к оптической оси автоколлиматора 1, в результате чего на выходе автоколлнматора появляется последовательность импульсов, временные интервалы между которыми характеризуют среднюю скорость прохождения призмой фиксированного угла. Если наряду с медленным вращательным движением призма имеет угловую вибрацию, взамен последовательности одиночных импульсов появляется последовательность пакетов импульсов. Третьи импульсы из равномерной последовательности в соседних пакетах являются отсчетными. Выделение этих импульсов происходит следующим образом. Импульсы с автоколлиматора 1 поступают на информационные входы счетных блоков 3 и 4, на входы которых поступают квантующие импульсы от генератора 6, Частота квантующих импульсов значительно больше частоты импульсов автоколлиматора. Каждый импульс автоколлиматора Г открывает (закрытый) счетный вход одного из счетных блоков и закрьшает (открытый) вход другого счетного блока. В результате этого к концу каждого цикла( цикл складывается из двух смежных временных интервалов между импульсами автоколлиматора) на счетных блоках 3 и 4 будут записаны числа, пропорциональные интервалам времени между импульсами автоколлиматора. Результаты счета блоков 3 и 4 сравниваются в блоке 5 сравнения и затем сбрасываются. Когда разность между показаниями счетных блоков 3 и 4 будет минимальна (этот минимум устанавливается в блоке 5 сравнения), блок 5 сравнения выдает импульс, характериззтащий момент совпадения оси симметрии угловых колебаний (вибраций) объекта, вращающегося с усредненной скоростью, и оптической осью авто коллиматора, на вход вычислителя 7. При объекта с усредненной скоростью на вход вычислителя 7 поступают импульсы с блока 5 сравнения. Каждый импульс, поступающий на вычислитель 7, свидетельствует о том, что объект вместе с призмой 2 повернулся на фиксированный угол с усредненной скоростью и эту скорость вычислитель 7 рассчитывает.

tj

Пакет Z

Пакет 1

tj Пакет 5

СПОСОБ ИЗНЕРЕНИЯ.МАЛЫХ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ, основанный на облучении световым пучком граней многогранного отражателя, закрепленного соосно на вращающемся объекте, приеме отраженного света фотоприемником, в момент совпадения нормали к поверхности грани со световым пучком и измерении времени между импульсами тока на выходе фотоприемника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений в условиях вибраций, из последовательности импульсов тока выбирают пакеты из трех равноудаленных один от другого импульсов и по третьим импульсам S выбранных пакетов формируют новую . последовательность импульсов, по котот Кл рой судят об угловой скорости враще- 1ШЯ.

Фиг.г

01

/О

а

t

(иг.6