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

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров перемещений вибраций и ударов.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет исключения погрешностей от перемещения объекта в направлении, перпендикулярном оптической оси падающего на

объект потока излучения, I

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство для измерения параметров перемещения объекта содержит источник 1 монохроматического излучения, расположенный по ходу потока излучения светоделитель 2, делящий поток излучения на три пучка, в одном пучке излучения последовательно установлены первая диафрагма 3, фр- топреобразователь 4 и блок 5 регистрации, в другом - опорное зеркало 6, в третьем - полупрозрачная пластина 7, через которую пучок излучения направляется на объект 8. Кроме того, устройство содержит последовательно установленные за источником 1 монохроматического излучения фокусирующую систему 9, первое зеркало 10 с элементом 11 линейного перемещения, второе зеркало 12 с элементом 13 ли ейного перемещения, причем первое и второе зеркала 10 и 12 установлены под углом сб , например к падающему на них потоку излучения, и расположены так, что плоскость падения излучения на первое зеркало 10 перпендикулярна плоскости падения излучения на второе зеркало 12, последовательно установленные по ходу излучения за полупрозрачной пластиной 7 жестко соединенные между собой вторую диафрагму 14 и позициоино- чувствительньй фотоприемник 15, механизм двухкоординатного линейного перемещения с элементами 16 и 17, предназначенными для перемещения в ортогональных направлениях в плоскости, перпендикулярной оптической оси третьего пучка излучения, два дифференциальных усилителя 18 и 19, входы которых подключены к выходам позиционно-чувствительного фотоприемника 15, а в ыходы подключены к элементам 11 и 13 линейного переме- 1дения первого и второго зеркал 10 и 12, два усилителя 20 и 21 с коэффициентом усиления Kj l/cosoi, вхо606852

ды которых подключены к выходам дифференциальных усилителей 18 и 19, а выходы - к элементам 16 и 17 механизма двухкоординатного перемещения 5 позиционно-чувствительного фотоприемника 15, причем позиционно-чувст- вительный фотоприемник 15 установлен с возможностью поворота вокруг оптической оси падающего на него пучка

10 излучения.

Устройство работает следующим образом.

Монохроматическое излучение от источника 1 проходит через фокусиру15 ющую систему 9, отражается первым зеркалом 10 и вторым зеркалом 12 и падает на светоделитель 2. Пучок излучения, отраженньй светоделителем 2, падает на опорное зеркало 6 и отража20 ется в обратном направлении, пучок излучения, прошедший через светоделитель 2, проходит через полупрозрачную пластину 7, падает на объект 8 , и отражается им в обратном направ25 лении, частично рассеиваясь на шероховатостях поверхности объекта 8. Пучи излучения, отраженные от опорного зеркала 6 и объекта 8, интерферируют и принимаются светочувстви30 тельной площадкой фотопреобразователя 4. При движении объекта 8 изменяется фаза отраженного от него излучения и, следовательно, изменяется интенсивность интерференционной кар35 тины на фотопреобразователе 4, которая преобразуется им в электрический сигнал, по величине которого определяют контролируемый параметр перемещения объекта 8 в направлении норма40 ли к его поверхности. Часть излучения, отраженного и рассеянного объектом 8, отражается полупрозрачной пластиной 7 и падает на вторую диафрагму 14 и позиционно-чувствитель- .

45 ный фотоприемник 15. Поскольку диаметр второй диафрагмы 14, определяемый из соотношения

d3.)p. (,)

где f - фокусное расстояние фокусирующей системы 9; , - расстояние от объекта 8

до полупрозрачной пластины 7; 5 fj - расстояние от пластины 7

до второй диафрагмы 14; D - .диаметр пучка излучения на

выходе фокусирующей системы 9;

меньше размера одного спекла в ее плоскости, то при смещении объекта в плоскости, перпендикулярной направ лению падающего на него излучения, спекл-картина, образованная при рассеянии излучения на шероховатостях объекта 8, также смещается, что приводит к изменению распределения интенсивности излучения на позиционно- чувствительном фотоприемнике 15. По- зиционно-чувствительный фотоприемник 15 чувствителен к перемещениям падающего на него пучка излучения в двух ортогональных направлениях. Поэтому при перемещении спекл-карти- ны изменяются сигналы на обоих выходах позиционно-чувствительного фотоприемника 15, каждьш из которых чувствителен к линейному перемещению пучка излучения по одной из -координат . Величина сигналов на выходах позиционно-чувствительного фотоприем ника 15 зависит от величины и направ ления смещения объекта 8. Эти сигналы поступают на входы дифференциальных усилителей 18 и 19, которые усиливают сигналы и изменяют их фазу на 180 . С выходов дифференциаль- .ных усилителей 18 и 19 усиленные сигналы, находящиеся в противофазе с входными сигналами, поступают на элементы 11 и 13 линейного перемещения . Сигналы с выходов дифференциг альных усилителей 18 и 19 поступают также на усилители 20 и 21, коэффициент усиления которых К,. l/cosaj, например, К 1/cos 45° 1,414. Под воздействием сигналов, снимаемых с выходов усилителей 20 и 21, механизм линейного перемещения с элементами 16 и 17 перемещает пози- ционно-чувствительный фотоприемник 15 с диафрагмой 14 в направлении смещения спекл-структуры. Одновременно под воздействием сигналов, снимаемых с дифференциальных усилителей 18 и 19, элементы 11 и 13 линейного перемещения перемещают зеркала 10 и 12, а следовательно, пучок излучения, падающий на объект 8, параллельно самому себе. При этом пучок излучения перемещается в направлении перемещения объекта 8 плоскости, перпендикулярной направлению падающего на него излучения. Поскольку сигналы, подаваемые на элементы 16, 17 и 11, 13 находятся в противофазе с сигналами, снимаемыми с вы60685 ,

ходов позиционно-чувствительного фотоприемника 15, то элементы 16 и 17 перемещают позиционно-чувствительный фотоприемник 15 с диафрагмой 14 в 5 направлении перемещения спекл-структуры до тех пор, пока он не займет. свое прежнее положение по отношению к спекл-структуре, а элементы 11 и 13 линейного перемещения при этом пе10 ремещают зеркала 10 и 12 до тех пор, пока пучок излучения, падающий на объект 8, не займет свое прежнее положение на объекте 8. Коэффициент усиления усилителей 20 и 21 выбран

Т5 равным К. 1/COS 45° 1,414 исходя из того, чтобы перемещение позиционно- чувствительного фотоприемника 15 было равно перемещению пучка, падающего на объект 8, а так как величина пе20 ремещения зеркал 10 и 12 для переме- щения пучка на величину f равна t Cos 45 ,то сигналы, подаваемые на элементы 11 и 13 линейного перемещения, должны быть меньще, чем сигналы,

5 подаваемые на элементы 16 и 17 линейного перемещения в 1/cos 45 . 1,414 раза.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения параметров перемещения объекта, содержащее источник монохроматического излучения, расположенньш по ходу потока излучения светоделитель, предназначенный для деления потока излуче- .кия на три пучка, в первом пучке излучения последовательно установлены диафрагма, фотопреобразователь

и блок регистрации, подключенный к фотопреобразователю, во втором - опорное зеркало, в третьем - полупрозрачная пластина, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено последовательно установленными по ходу потока излучения между источником монохроматического излучения и светоделителем фокусирующей системой, первым зеркалом с элементом линейного перемещения, вгорым зеркалом с элементом линейного перемещения, первое и второе зеркала установлены под углом ей к потоку излучения и плоскость падения потока излучения на первое зеркало перпендикулярна плоскости падения потока излучения на второе зеркало, последовагельно установленными за полупрозрачной пластиной и оптически связанными с ней второй диафрагмой и позиционно- чувствительным фотоприемником, жестко связанным с ней и установленньш с возможностью линейного двухкоординат- ного перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси третьего пучка излучения, и имеющим механизм двухкоординатного линейного перемещения, двумя дифференциальными усилителями, входы которых подключены к соответствующим выходам позйционно-чувствительного фотоприемника, а выходы - к элементам линейного перемещения соответственно первого и второго зеркал, двумя усилителями с коэффициентом ( усиления К 1/cos(x;, входы которых подключены к выходам дифференциальных усилителей, а выходы - к механизму двухкоординатного перемещения позиционно-чувствительного

фотоприемника,

2. Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что угол oi - 45°.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров пе-, ремещения, вибраций и ударов. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет исключения погрешностей от перемещения объекта в направлении, перпендикулярном оптической оси падающего на объект потока излучения. Устройство, содержащее источник монохроматического излуче- ния, диафрагму и фотопреобразователь с блокам регистрации в измерительной цепи, имеет также два установленных с возможностью перемещения зеркала, размещенных между источником и светоделителем и под углами ol к падающему изл5гчению (например, е 45°), при этом плоскости падения потоков излучения на зеркала взаимно перпендикулярны. В устройстве содержится также диафрагма, жестко связанная с позиционно-чувствительным фотоприемником с механизмом двуккоординат- ного перемещения, и два дифференциальных усилителя, предназначенные . для формирования компенсирующих сигналов с выходом позиционно-чувст- вительного фотоприемника и передачи их на элементы перемещения зеркал, перемещающих поток излучения, и через усилители с Ки 1/cos об - на механизм перемещения фотоприемника, которьй отслеживает перемещение спекл-картины до возвращения ее в первоначальное положение, при котором сигнал с фотоприемника становится равным нули. 1 з.п. ф-лы. 1 кл. (Л

18 79

Редактор Н.Горват

Составитель Е.Глазкова

Техред Л.Олейник Корректор 0.Луговая

Заказ 5214/36Тираж 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