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

1

Изобретение относится к нтмерн- тельноГ( технике и может быть использовано ;и1я измерения угловых и линейных перемещений, а также параметров виГфаций различных объектов.

Цель изобретения - поньпцение точности измерений за счет артоматичес- кого йычисления коэффициента преобразования фотоприемника.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - схема расположения фотоприемников относительно гауссовой кривой распределения интенситзности излучения источника света и получения выходного сигнала, пропорционального крутизне преобразования; на фиг. 3 - схема блока вычисления.

Устройство содержит оптически связанные источник 1 излучения, отражатель 2 и светоделитель 3, пер- вьп1 4 и второй 5 фотоприемники, установленные на базовом расстоянии d один от другого и составляющие первую пару фотоприекников, третий 6 и четвертый 7 фотоприемники, также установленные на расстоянии d один от другого и составляющие вторую пару фотпприемников. При этом расстояние между первой парой фотоприемников 4 и 5 и светоделителем 3 составляет L, а расстояние между второй парой фотоприемников 6 и 7 и светоделителем 3 - L

Устройство содержит также измерительную схему, состоящую из двух измерительных каналов, первый из которых содержит последовательно соединенные первый блок 8 разности, первый аттенюатор 9, первый блок 10 деления, а второй - соединенные последовательно второй блок I1 разности, второй аттенюатор 12, второй блок 13 деления и вычислительный блок 14, два выхода которого подключены к двум входам блока 15 индикации.

Причем фотоприемник 4 (6) подключен к первому входу первого 8 (второго И) блока разности, а фотоприемник 5 (7) подключен к второму входу первого 8 (второго 11) блока разности и второму входу блока 10 (13) деления, выходы которых подключены соответственно к Лервому и второму входам вычислительного блока 14.

Устройство работает следующим образом.

26682

Пучок света, формируемы источником I излучелшя, направляется на отражатель 2, связан}1ый с объектом. Отраженный пучок делится светодели5 1слем 3 на два пучка, к каждом из которых на линейном участке гауссовой кривой распределения интенсивности излучения установлены по паре фотоприемников 4, 5 и 6, 7 (фиг. 2)

О на базовом расстоянии d между фотоприемниками в паре, при этом D - диаметр светового пятна, f - текущее расстояние от центра светового пятна, - фп( ) величина сигнала на выходе

5 каждого фотоприемника в зависимости

от t- .

Сигнал с первого фотоприемника 4

поступает на nepBbrft вход первого блока В разности, а сигнал с второго фо0 топриемника 5 поступает на второй вход первого блока 8 разности и на второй вход первого блока 10 деления.

Сигнал с вькода первого блока 8 разности поступает на первьй аттеню5 атор 9, где ослабляется в d раз и далее поступает на первый вход первого блока 10 деления. С выхода первого блока 10 деления сигнал поступает на первый вход вычислительного блока 14.

0 На второй вход блока 14 поступает аналогичный сигнал с второго канала измерения смещения светового пятна относительно фотоприемников на расстоянии L, от светоделителя 3. С первого выхода блока 14 сигнал, пропорциональный линейному перемещению, поступает на первый вход блока 15 индикации, а со второго выхода блока 14 сигнал, пропорциональный угловому перемещению, поступает на второй вход блока 15 индика1у1и.

При линейно-угловых перемещениях отражателя 2 на входе блока 14 формируются сигналы, пропорщюнальные линейному и угловому перемещениям и расстоянию от каждой пары фотоприемников 4, 5 и 6, 7 до светоделителя 3. Сигнал Ц на выходе каждого фотоприемника пропорционален относительному смещению А светового пятна на плоскости фотоприемника и крутизне S преобразования U А S, где S

лиф„ - дг коэффициент преобразования,

равньш отношению приращения 55 пряжения на выходе фотоприемника к величине uf относительного смещения светового пятна на плоскости фотоприемника, вызывающей это приращение.

35

40

45

50

Величина коэффициента преобразопа иия зависит от мощности излучения, диаметра светового пятна, расстояния между объектом и фотоприемниками Изменение одного из указанных факторов влияет на точность измере1гия перемещений. Для повьпления точности измерений в устройстве крутизна преобразования измеряется автоматически и учитьшается при вычислении перемещений.

Каждая пара фотоприем.1иков 4, 5 и 6, 7, расположенных на базовом рас стоянии один от другого и размещенных на линейном участке гауссовой кривой преобразования, позволяет формировать сигнал, пропорциональный крутизне преобразования.

В первом канале измерения амплитуды смещения светового пятна на плоскости фотоприемников 4 и 5, расположенных на расстоянии L, от светоделителя 3, сигнал величиной U -U с вьгхода первого блока 8 разности, пропорциональный крутизне преобразования, поступает на первый аттенюатор 9, где преобразуется в величину, равную крутизне преобразования

S - (и -и ) и далее поступает на

d РП 1 PI 5

первый вход первого блока 10 деления, на второй вход которого поступает сигнал величиной U, фотоприемника 5. На выхо/ie первого блока 10 деления формируется сигнал

Д yfnS

S и - и

рпч Tns

который поступает на первьш вход блока 14.

На второй вход блока 14 по второму каналу измерения амплитуды смещения светового Пятна на плоскости фотоприемников 6 и 7, расположенных на расстоянии L, от светоделителя 3, поступает аналогично сигнал величиной

А ..

- U.n.

в блоке I4 формируются сигналы, пропорциональные х линейному и f угловому перемещениям, и подаются на входы блока 15 индикации

А 1

:

° 2 sin

I А, - А, Y р arctg г- --.- ; Lj L,

для малых углов

; 52bh84

у. I - А..

где А| - величина смеп1ення светового пятна на расстоянии от объекта;

А - величина смещения светового пятна на расстоянии I от объекта;

oi - угол падения пучка лучей на отражающий элемент;

lj-1 L -Ц - оптическая разность хода лучей. Блок 14 (фиг. 3) содержит первьп узел 16 разности, на первый вход ко- торого подается сигнал А, а выход его соединен с входом первого аттенюатора 17, второй узел 18 разности, на первый вход которого поступает сигнал А , а на второй - А , выход второго узла 18 разности последовательно через второй аттенюатор 19 и масштабный усилитель 20 подключен к второму входу первого узла 16 разности.

Блок 14 работает следующим образом.

Разностный сигнал А -А с выхода второго узла 18 разности ослабляется

вторым аттенюатором 19 в 2 (1 -1 ) раз и в виде сигнала поступает на второй вход блока 15 индикации и на вход масштабного усилителя 20, где усиливается в 1 раз и подается на второй вход первого узла 16 разности.

Разностный сигнал А -1

г 1 с выхода первого узла 16 разности

ослабляется первым аттенюатором 17 в 2 sin о раз и в виде сигнала х подается на первый вход блока 15 индикации.

В блоке 15 осуществляется индикация линейной X и угловой у со- ставляющей перемещения.

Таким образом, в предлагаемом устройстве повыпается точность измерения за счет автоматического вычисления коэффициента преобразования фо- топриемника, причем результат измерений не зависит от мощности излучения источника, диаметра светового пятна и расстояния объекта.

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещений объекта, содержащее источник

излучения с гауссовским распределением интенсивности в поперечном сечении пучка излучения, установленны последовательно по ходу пучка излучения отражатель, связываемый с объектом, светоделитель, предназначенный для разделения отраженного пучка излучения на два световых потока первый и второй фотоприемники, установленные по ходу первого светового потока, третий фотоприемник, установленньш по ходу второго светового потока, и измерительную схему, отличающееся тем, что, с целью повьштения точности измерений, оно снабжено четвертым дополнительным фотоприемииком, при этом фотоприемники расположены первый от второго, третий от четверто525686

го на базовом расстоянии d и образуют соответственно две пары фотоприемников, каждая из которых установлена на расстоянии L и L от 5 1Ч)стоделителя, а измерительная схема вьтолнена в виде двух измерительных каналов, каждый из которых состоит из соединенных последовательно блока разности, аттенюатора, блоtO ка деления, причем один фотоприемник каждой из пар соединен с первым входом блока разности, а другой - с вторыми входами блока разности и блока деления, вычислительного блока и

15 блока индикации, два входа которого соединены с двумя выходами вычислительного блока, к входам которого подключены соответственно первый и второй измерительные каналы.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых и линейных перемещений, а также параметров вибраций различных объектов. Цель изобретения - повьшение точности измерений за счет автоматического вычисления коэффициента преобразования фотоприемника. Устройство содержит две пары фотоприемников, расположенных по ходу двух пучков лучей, полученных от источника излучения с гаус- совьм распределением интенсивности в поперечном сечении пучка лучей при помощи светоделителя. Каждый фотоприемник в паре расположен на базовом расстоянии d от другого, а каждая пара фотоприемников расположена на разных расстояниях L и L от светоделителя для получения оптической разности хода. Сигнал U на выходе каждого фотоприемника пропорционален относительному смещению светового пятна на плоскости фотоприемника, поэтому каждая пара фотоприемников, размещенных на линейном участке гауссовой кривой преобразования, позволяет формировать сигнал, пропорциональный крутизне преобразования. Сигналы с каждой пары фотоприеьшиков поступают в идентичные измерительные каналы, на выходе которых получают в первом канале - величину А, смещения светового пятна на расстоянии L от светоделителя, во втором канале - величи- 2 ну А, смещения светового пятна на расстоянии L от светоделителя. На основании полученных величин в вычислительном блоке производится вычисление искомых величин углового и линейного перемещений. 3 ил. S (Л

L2

Фиг.1

.Фп(г}

Составитель О, Несова Редактор М. Бланар Техред М.Ходанич

Заказ 4615/43 Тираж 670Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг,.2

Фиг.З

Корректор Л, Пилипенко