Устройство для измерения малых зазоров Советский патент 1987 года по МПК G01B21/16 

Изобретение относится к иамери- тельной технике, в частности к аппаратуре измерения динамических характеристик неконтакта между магнитной головкой и носителем информации для устройства магнитной записи.

Целью изобретения является повышение надежности за счет одноканаль- ной системы регистрации при разно- частотном измерении. На.фиг. 1 изображена схема устройства, на фиг. 2 - диаграммы выходных сигналов фотодетектора и дискретные сигналы компараторов, формируемые в двух тактах работы устройства.

Устройство содержит двукчастот- ный источник 1 света, светоделитель 2, модулятор 3, светофильтры 4 и 5, второй и третий фотоприемники 6 и 7, два дополнительных светоделителя 8 и 9, светособиратель 10, второй светоделитель 11, первьй фотоприемник 12, принимающий оптический сигнал от зазора, образованного, поверхностями 13 и 14, хотя бы одна из которых прозрачная, канал формирования в виде группы (например, четырех) компараторов 15-18, регистр 19 памяти, дешифратор 20 и индикатор 21. Устройство работает следующим образом.

От источника 1 излучаемый поток света падает на светоделитель 2, который формирует первую и вторую ветвь излучения, направляемые на модулятор 3 (например, вращаемый или сканируемый растровый диск). Модулятор 3 задает два такта работы устройства, В первом такте модулятор 3 направляет излучение через (узкополосный) светофильтр 4, пропускающий монохроматический свет с длиной . волны Д , Модулятор 3 настроен так, что через светофильтры 4 и 5 лучи проходят неодновременно (чередуясь во времени). Модулированные во времени монохроматические лучи через светоделители 8 и 9 направляются в све- тосоединитель 10, с выхода которого модулированный по длине волны световой поток направляется через светоделитель 11 на измеряемьш зазор; Зазор образуют поверхности 13 и 14, верхняя из которых должна быть прозрачная. Отраженные от поверхностей 13 и 14 лучи интерферируют и светоделителем 11 направляются в фотоприемник 12. С выхода фотоприемника 12

снимаются импульсы напряжения, величина которых процорциональна интенсивности интерференционной картины и зависит от величины измеряемого зазора и1 длины волны интерферирующих лучей.

В первом такте от поверхностей 13 и 14 отражается и интерферирует свет с длиной волны Я , и на выходе фотоприемника 12 формируется импульс напряжения величиной

15

и

0)

Ug, + 4Uo, .со5Ч2 т/Л,),

где и

9

0

Up, - константы, Д - длина волны, h - величина измеряемого

зазора.

Во втором такте от поверхностей 13 и 14 .отражается и интерферирует свет с длиной волны Я, и на выходе фотоприемника 12 формируется импульс напряжения величиной

5

и

(21

где и

П

и 2 + 4Uo2-cos2(

и,

02

0

1 5

0

константы, длина волны, величина измеряемого зазора.

На фиг. 2 упрощенно показана зависимость величины импульсов и

/21

и от величины измеряемого зазора. Величины и д., , Ug2 , U , - определяются конструкцией устройства и являются постоянными в течение измерения величины зазора, но могут меняться в течение длительного эксперимента, так как они связаны с дрейфом параметров фотоприемника 12. усилителя (не показан) и т.д. Константы Un, и и

Qi определяются в первой очереди, коэффициентами отражения g поверхностей 13 и 14 могут быть

скомпенсированы (например, в электрических цепях усилителя) до Uaj

ТТJ -r-i.r-r

0

5

и 2 0. Величины постоянных U(, и 01 подбираются из соотношения - V o) - & где /)U - шаг квантиро- вания выходного сигнала фотодетектора 12. Шаг квантирования, которое осуществляется в компараторах 15-18, определяется по длине волн Л и 1 ( Л, Ф } из соотношения (фиг,2). При необходимости повысить разрешающую способность устройства шаг квантирования может быть уменьшен 1,2..., раз. Число компараторов определяется соотношением . Каждый компаратор настроен на уровень срабатывания U (lU-K, где К - порядковый номер компаратора (фиг. 2). На выходе компаратора формируется дискретный сигна л О, если U или меньше уровня срабатывания и,, 1 - если больше.

В первом такте на выходы компара- торов 15-17 поступает импульс U и в компараторах формируются определенные, дискретные сигналы Р11, Р21, Р31 (фиг. 2), При этом светоделитель 8 направляет луч фотодетекторов 6, который формирует сигнал разрешения запоминания информации в регистре 19 Сигналы Р11, Р21, Р31 запоминаются в регистре и сохраняются на его выходах до конца второго такта. В следую-2о h О, вместо кода 1000100 (h

Z) , т.е. погрешность равна Z. При

щем такте на входы компараторов

rf J

1518. поступает импульс U

который

таком же интервале с пределами h, 2Z, h 2,25 Z получится код

формирует дискретные сигналы Р12, Р22, Р32, Р42 (фиг. 2).По в этот момент светоделитель 9 направляет на фотодетектор 7 импульс, который формирует сигнал разрешения, поступающий на входы С дешифратора 20 и индикатора 21. На информационные входы дешифратора 20 одновременно поступаю сигналы с выходов .компараторов 15- 18 и регистра 19. Дешифратор 20 представляет собой группу конъюнкторов, входы которых в соответствии с таблицей подключены к прямым или инвертированным выходам компараторов 15- 18 и регистра 18. В результате дешифрации на выходе t дешифратора 20 появляется сигнал, определяющий числ делений t, соответствующее величине измеряемого зазора. Так как цена одного деления шкалы Z / Л / /, то численное значение измеряемой величины зазора h t //tj -/1 Например, при измерении зазора величины hj (фиг. 2а) в дешифратор 20 поступает код 1.000 с выходов компараторов 15-18 и код 100 с выходов регистров 19. Т.е. дешифрируется код 1000, 100. Согласно таблице на выходе 1 дешифратора 20 появляется сигнал, который поступает на индикатор 21. Индикация результатов измерения происходит одновременно с появлением выходного сигнала дешифратора 20 при наличии сигнала синхронизации с выхода фотодетектора 7. Так как в процессе измерения дискретные сигналы формируются с выходного сигнала

одного фотодетектора 12 одними и тем же компараторами, то исключается взаимное их перемещение. Такое перемещение неизбежно в известном устройстве из-за различных дрейфов параметров фотодетекторов и компараторов.

В устройстве дрейф параметров фотоприемника 12 и схем электроники дает одинаковые сдвиги дискретных сигналов, формируемых как в первом, так и во втором такте (это следует из равенства треугольников OKL и О,К ,L ,, фиг. 2 с). Потому в интерва- ле Ah с пределами h , Z. h. 1,25Z получится код 0000000, что в соответствии с таблицей означает расстоя

таком же интервале с пределами h, 2Z, h 2,25 Z получится код

1000100 h Z вместо кода 1100110

(h 2Z).

Одинаковый дрейф на величину JUgг

0, сигналов и U приводит к появлению абсолютной погрешности Jh , которая в любом случае меньше разрешающей способности устройства во всем диапазоне измерений.

Формула изобретения

35

0

Q

Устройство для измерения малых зазоров, содержащее двухчастотный источник света, два светоделителя, каждый из которых предназначен для разделения светового потока на две ветви, два светофильтра, оптически связанные с первым светоделителем и установленные в соответствующих световых ветвях, два фотоприемника, g первый из которых связан с вторым светоделителем, канал формирования в виде группы из т компараторов, где 2Д, -Иг

m

входами связанных с

2

Q ВЫХОДОМ первого фотоприемника, вычислительный блок с дешифратором и индикатором, вь1ходы компараторов соединены с первой группой входов дешифратора, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено модулятором , устанрвленным между первым светоделителем и светофильтрами, светособи- рателем, установленным между фильт5

5135050

рами и BTopbiM светоделителем и оптически связанным с ними, двумя дополнительными светоделителями и третьим фо топриемником, регистром памяти, включенным между выходами m компараторов группы, где . „ дли Т 2 1

ны световых волн, и второй группой входов дешифратора, индикатор выпол- ю ней управляемым, второй фотоприемник

в

оптически связан с первым фильтром через первый дополнительный светоделитель, третий фотоприемник оптически связан с вторым фильтром через второй дополнительный светоделитель выход второго фотоприемника связан с управляющим входом регистра памяти, а тертьего - с управляющими входами индикатора и дешифратора.

Редактор С.Патрушева

Составитель Е.Глазкова

Техред Л.Олийнык Корректор М.Демчик

Заказ 5249/40Тираж 677Подписное

ВНИШИ 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

h, hi

ё

(риг. 2

hj ffg hj hit С

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение надежности за xJ г счет использования одноканальной системы регистрации при разночастот- ном измерении. Устройство содержит модулятор 3 для временного разделения разночастотного сигнала. Измерение осуществляется поочередно одним и тем же каналом при зондировании излучением с длиной волны Л и затем , при этом из одной и той же группы компараторов в первом измерении подключают т компараторов и запоминают результат на регистре 1-9, а затем подключают т компараторов непосредственно к дешифратору 20, в котором регистрируется информация одновременно с информацией с регистра 19-в виде общего кода. 2 ил., 1 табл. с & (Л г5 оо ел о ел п U