Устройство для измерения перемещений Советский патент 1986 года по МПК G01B21/00 

11211603

относится к измерительот ре св де че да

ной технике и может быть использовано при измерении линейных переме- щений, а также для измерений амплитуды вибраций объектов, в частности 5 объектов, нагретых до высоких тем- ператур так, что сам объект может стать источником излучения.

Целью изобретения является повьг шение точности и обеспечение изме- О рения объектов с переменной яркостью.

На фиг. 1 показана схема устройства; на фиг. 2 - расположение окон маски в плоскости, перпендикулярной оси светового потока.t5

Устройство состоит из осветителя 1, служащего для освещения контролируемого объекта 2, расположенного за тепловым экраном 3, служащим для тепловой защиты устройства, объ- 20 ектива 4, служащего для создания необходимого масштаба, светоделитель- ного элемента 5, служащего для разделения светового потока на два, окуляров 6 и 7, служащих для фоку- 25 сировки изображения на отверстия 8 и 9 маски, имеющие форму треуголь- НИКОВ, расположенных между линзами объективов, фотоприемников 10 и

I1, ра :положенных в фокусах окуля -- зо ров 6 и 7 и служащих для преобразования светового потока в электрический сигнал, фотодатчика 12 фонового излучения, расположенного в фокусе оптической системы 1.3, опера- jj ционных усилителей 14 и 15, сопротивлений 16 обратной связи, сумматора 17, аналоговых множителей 18 и

19 и вычитателя 20.

Входы операционных усилителей 14 о и 15 соединены с дифференциально включенными фотоприемниками 10 и

IIи фотодатчиком 12, эти же входы через сопротивления 16 обратной связи соединены с выходами множите- 5 лей 18 и 19, выходы операционных

усилителей 14 и 15 соединены с входами вычитателя 20 и первыми входами множителей 18 и 19 соответст- ,

венно, вторые входы множителей 18 и 19 соединены с выходом суммато ра 17s, входы сумматора 17 соединены с выходами множителей 18 и 19. Информация об амплитуде перемещений исследуемого объекта 2 снимается с выхода вычитателя 20.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток осветителя Ij отраженный от исследуемого объекта 2, проходит последовательно через тепловой экран 3, объектив 4, светоделительный элемент 5 и, разделенный на два световых потока, через отверстия 8 и 9 маски попадает на фотоприемники 10 и 11, где формируются изображения 21..

При неподвижном объекте 2 сигнал с фотоприемников 10 и 11 равен

1о Iq. +ocd (kEo -ь ЕТ) (1) где 1 - величина фонового освещения ;

oL- коэффициент, пропорциональный чувствительности фото- приемника и геометрии окна маски;

S высота передней плоскости контролируемого объекта 2; k - коэффициент отражения объекта 2; ЕО - освещенность, создаваемая

осветителем 1; ЕТ освещенность, создаваемая

термическим разогревом объекта 2.

При смещении контрблируемого объекта 2 на величину х сигнал с фото- приемников 10 и 11 соответственно равен

1/ IT (КЕо +ЕТ)(И-Х), (2)

1г +o(MkEo+ Ejd-x), (3) сигнал с выхода фотодатчика 12 равен 2 Iq Тогда на входах операционных усилителей 14 и 15 сигнал равен

i; 1 - icp, (4)

1 г 4-14- (5) Обозначим сигнал на выходах операционных усилителей 14 и 15 через и и U2., а на выходах множителей 1 и 19 через W и W, соответственно. Тогда на выходе сумматора 17 сигнал равен W, +W,, на выходе множителей и 19

(W, (W/

W)Ui Wo)U,

(6)

(7)

Из условия баланса операционных усилителей 14 и 15 имеем:

II,R - w.

W

о о

(8)

I2.R - Wj О (9) где R сопротивление обратной связи. Решая (6) и (7) с учетам (8) и (9) получим значение сигнала на выходе вычитателя 20:

- Uj

т;

±1

т I 1

(10)

Преобразуя (10) с учетом (2)-(5), получим:

UV и 2х.

Таким образом, в устройстве выходной сигнал не зависит от параметров 1Ф,0(,($ , k, ЕЙ, E-J-, а является функцией лишь перемещения исследуемого объекта.

Формула изобретения

Устройство для измерения переме щений, содержащее осветитель, маску с отверстиями, фоторегистрирующую систему и блок обработки информации, от верстия маски выполнены в виде двух треугольников, развернутых навстречу один другому и симметричных относи- тельно центра маски, отличающееся тем, что, с целью повьшв кия точности измерения и обеспечения измерения объектов с переменной яр- костью, оно снабжено объективом и сне тоделительным элементом, устанавливаемым по ходу отраженного светового луча перед фоторегистрирующей системой, фотодатчиком фоновой засветки

и оптической системой, установленной перед ним, маска с отверстиями выполнена из двух автономных частей, каждая из которых снабжена окуляром и

содержит одно из отверстий, фото- регистрирующая система - в виде двух фотоприемников, каждый из которых установлен напротив соответствующего отверстия маски, блок обработки

информации - в виде сумматора, вы- читателя, двух аналоговых множителей и двух операционных усилителей, входы которых соединены с дифференциально включенными фотоприемниками и

фотодатчиком фоновой засветки и через сопротивления обратной связи - с выходами аналоговых г ножителёй, выходы операционных усилителей соединены с соответствукнцими входами

вычитателей и с первыми входами аналоговых множителей, вторые входы которых соединены с выходом сумматора, входы которого соединень с выходами соответствующих аналоговых . множителей, выход вычи- тателя является выходом устройства.

Устройство для измерения перемещений относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении амплитуды вибраций объектов, а также при измерении нейных перемещений. Цель изобрете- ния повьпиение точности измерений и обеспечение измерений объектов с переменной яркостью - достигается вьтолнением фоторегистратора двух- канальным и снабжением схемы фото- датчиком фоновой засветки. Эти элементы подключаются по дифференциальной схеме к операционным усилителям, соединенным по выходам с вычитателем, а по входам - с сумматором, выход и вход которого связаны между собой через множители и соединены с входами операционных усилителей, что по- . зволяет компенсировать ошибки измерения, связанные с изменением яркости фонового излучения, освещенности и коэффициента отражения объекта. 2 ил. о о со

фиг. /

-

ВНИИПИ Даказ 34 /4 7 SSffiSS oe

«1«лиал ППП Патвит rtyifород, ул.Йроектная7 4