Устройство для измерения линейных перемещений Советский патент 1987 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений различных объектов.

Целью изобретения является по.выше- ние точности формирования сигнала начала отсчета за счет повышения соотношения сигнал - шум.

На фиг. 1 представлена функциональная схема оптико-механической части устройства; на фиг. 2 - функ1Щ ональные схемы измерительного блока и блока вьщеления сигнала начала отсчета; на фиг. 3 - временные диаграм мы сигналов, формируемых на выходах отдельных узлов устройства.

Предлагаемое устройство содержит оптически связанные источник 1 света подвижный и неподвижный элементы 2 и 3 с нанесенными на каждый из них основной дифракционной решеткой 4 и 5 с постоянной пространственной частотой и дополнительными дифракционными решетками 6 - 9 с линейно изменяющейся пространственной частотой, решетки 6 и 7 смещены относительно дифракционных решеток 8 и 9, основной фотопреобразователь, выполненный в виде фотоприемников 10 - 13, оптически связанных с основными дифракционными решетками 4 и 5, дополнительный фотопреобразователь, вьшолнен- ный в виде фотоприемников 14 и 15, оптически связанных с дополнительными дифракционными решетками 6,7 и 8, 9, измерительный блок 16, состоящий из узла 17 выделения информационных импульсов, входы которых подключены к фотоприемникам 10 - 13, узла 18 оп ределения направления перемещения, входы -которого подключены к выходам узла 17 вьщеления информационных импульсов, блок 19 вьщеления сигнала начала отсчета, состоящий из усилителей 20 и 21, входы которых подключены к фотоприемникам 14 и 15, пороговых детекторов 22 и 23, входы кото

Сигналы с выходов усилителей 20 и 21 детектируются пороговыми детекторами 22 и 23, не пропускающими шумы и наводки, и направляются на вхорых подключены к выходам усилителей 20 и 21, сумматора 24 и дифференци- л ды сумматора 24 и дифференциального ального усилителя 25, входы которых усилителя 25. Сумматор 24 формирует подключены к выходам пороговых детекторов 22 и 23, элемента И, входы костроб измерения, а дифференци.альный усилитель 25 - разностный сигнал, поступающий на вход элемента 26 И, на второй вход которого поступает сигнал с выхода сумматора 24.

торого подключены к выходу сумматора 24 и дифференциального усилителя 25, элемента 26 И, управляемого инвертора 27, информационный вход которого подключен к выходу элемента 26 И, а управляющий вход подключен

5

O

J5

0 Q

к выходу узла 18 определения направ ления перемещения, формирователя 28, вход которого подключен к выходу управляемого инвертора 27.

Фотоприемники 14 и 15 расположены в зоне формирования дифракционных максимумов первого порядка от дополнительных дифракционных реш€ ток 6,7 и 8,9.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Источник света 1 формирует пучки лучей, направляемые на основные и дополнительные дифракционные решетки 4-9, нанесенные на подвижный и неподвижный элементы 2 и 3.

При перемещении подвижного элемента 2 относительно неподвижного элемента 3 на выходе фотоприемников 10- 13 формируются сигналы, сдвинутые друг относительно друга на 90.

Сигналы, снимаемые с фотоприемников 10 - 13, поступают на входы 17 вьщеления информационных импульсов, 5 входящего в измерительный блок 16.

В зависимости от направления перемещения подвижного элемента 2 относительно неподвижного элемента 3 на одном из выходов узла 17 вьщеления ин- 30 формационньпс импульсов формируются импульсы, количество которых связано с величиной линейного перемещения подвижного элемента 2.

. Направление перемещения фиксируется узлом 18 определения направления перемещения.

При совмещении дополнительных дифракционных решеток 6,7 и 8,9 на выходе фотоприемников 14 и 13 формируются сдвинутые по фазе относительно друг друга сигналы, которые усиливаются усилителями 20 и 21, входящими в блок 19 вьщеления сигнала начала отсчета.

Сигналы с выходов усилителей 20 и 21 детектируются пороговыми детекторами 22 и 23, не пропускающими шу мы и наводки, и направляются на входы сумматора 24 и дифференциального усилителя 25. Сумматор 24 формирует

ды сумматора 24 и дифференциального усилителя 25. Сумматор 24 формирует

строб измерения, а дифференци.альный усилитель 25 - разностный сигнал, поступающий на вход элемента 26 И, на второй вход которого поступает сигнал с выхода сумматора 24.

Простробированный элементом 26 И разностный сигнал поступает на информационный вход управляемого инвертоpa 27, на управляющий вход которого поступает сигнал с выхода узла 18 определения направления перемещения.

По переднему фронту сигнала, снимаемого с выхода управляемого инвер- тора 27, формирователь 28 формирует короткий импульс сигнал начала отсчета, поступающий на выход блока 19 выделения сигнала начала отсчета.

При изменении направления переме- щения подвижного элемента 2 относительно неподвижного элемента 3 на выходе узла 18 определения направления перемещения формируется инвертированный сигнал управления, по которому на выходе управляемого инвертора 27 формируется инвертированный разностный сигнал, снимаемый с выхода дифференциального усилителя 25, формирователь 28 формирует сигнал начала отсчета по заднему фронту сигнала, снимаемого с выхода управляемого инвертора 27.

Использование предлагаемого устройства позволяет с высокой точностью формировать сигнал начала отсчета вне зависимости от направления пере- .мещения. объекта.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения линейньк перемещений, содержащее оптически связанные источник света, подвижный и неподвижный элементы, на каждом из которых нанесена основная решетка с постоянной пространственной частотой штрихов и дополнительная решетка с изменяющейся пространственной частотой штрихов, основной и дополнительный фотопреобразователи, оптически связанные с основной и дополнительной решетками, измерительный блок, входы которого подключены к основному фотопреобразователю, включающий узел определения направления перемещения, блок выделен ия сигнала начала отсчета, вход которого подключен к дополнительному фотопреобразователю, отличающееся тем,что, с целью повьшгения точности формирования сигнала начала отсчета, каждая из дополнительных решеток выполнена в виде двух дифракционных решеток с линейно изменяющейся пространственной частотой, смещенных друг относительно друга, дополнительный фотопреобразователь . расположен в зоне формирования дифракционных максимумов первого порядка от дополнительных решеток.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительный фотопреобразователь выполнен в виде двух фотоприемников, блок выделения сигнала начала отсчета выполнен в виде сумматора, дифференциального усилителя, входы которых связаны с фотоприемниками, элемента И, входы которого подключены к выходу сумматора и дифференциального усилителя, управляемого инвертора, информационный вход которого подключен к выходу элемента И, а управляющий вход подкхночен к выходу узла определения направления перемещения формирователя, вход которого подключен к выходу управляемого инвертора.

Om15

-И2

nJ:

гз--ч;|рL.

I

Фил 2

if I

f

XJ

7

.

L

H-f

27

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повьппение точности формирования сигнала начала отсчета за счет повьппения соотношения сигнал - шум. Источник 1 света формирует пучки лучей, направляемые на основные и дополнительные дифракционные решетки 4,5j657j8,9, нанесенные на подвижный и неподвижный элементы 2,3. Дополнительные дифракционные решетки 6,7,8,9 нанесены с линейно изменяющейся пространственной частотой.Фотоприемники 10, 11,12,13,установленные в зоне формиро- .вания дифракционных максимумов первого порядка, преобразуют поток излучения в элeктpIiчecкиe сигналы, преобразуемые измерительным блоком в импульсы, количество которых связано с величиной линейного перемещения подвижного элемента 2. Фотоприемники 14 и 15, установленные в зоне формирования дифракционных макс1{мумов первого порядка, преобразуют поток излучения в электрические сигналы, которые усиливаются и детектируются усилителями, пороговыми детекторами. Сумматор и дифференциальный усилитель формируют суммарный и разностный сигналы. Разностный сигнал стробируется элементом И и инвертируется или не инвертируется управляемым инвертором, сигнал управления которым формируется узлом определения направления перемещения. Формирователь формирует импульсный сигнал начала отсчета,1 з.п. ф-лы. 3 ил. с S DO С5 СО СО 7 фия1

Редактор Л. Повхан

Составитель Т. Айсин

Техред А.Кравчук, Корректор Л, Патай

Заказ 1879/36 Тираж 678Подписное

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

28

- /

цH

фиеЗ