Интерферометрический измеритель перемещений Советский патент 1987 года по МПК G01R33/07 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к интерферометрическим измерителям, предназначенным.для измерения и контроля линейных и угловых перемещений рабочих органов в прецизионных металлорежущих станках, сканирующих приборах j измерительных приборах, а также для создания систем автоматического управления механическими объектами высокой точности.

Цель изобретения - повышение надежности.

Сущность изобретения заключается в формировании в зазоре между магни- топроводами блока деления периода интерференции вращающегося магнитного поля и преобразовании его при помощи датчиков Холла, распределенных по окружности зазораJ в сдвинутые по фа зе переменные электрические сигналы.

- На фиг,1 изображена функциональная схема интерферометрического измерителя перемещенийi на фиг.2 - скема блока деления периода интерференции на фиг.З - то же, вариант исполнения

Интерферометрический измеритель перемещений (фиг.1) содержит интерферометр 1 с отражателями, закрепленными на. рабочем органе 2, два фотоприемника (фотодиода) 3 и 4, пространственно сдвинутые в плоскости ин-- терференционной картины друг относительно друга на четверть периода интерференции соединенные через усилители 5 и 6 мощности с блоком 7 деления периода интерференции, и последовательно соединенные с блоком 7 усилитель-формирователь 8 счетных импульсов и логический анализатор 9.

Блок 7 деления периода интерференции (фиг.2) содержит внутренний 10 и внешний 11 концентрические тороидальные сердечники из магнитомягко- го материала, датчики ,12 Холла, расположенные равномерно по окружности кольцевого зазора между сердечниками 10 и Г, и две двухполюсные распределенные -обмотки 13 и 14J расположенные таким образом, что их магнитные оси 15 и 16 пространственно смещены

J „ на угол , Плотность намотки витков

обмоток в зазоре подчиняется закону косинуса Выводы 17 и 18 обмоток 13 и 14 подключены к выходам соответствующих усилителей мощности 5 и 6, а выходы 19 датчиков 12 Холла под

10

559532

ключены к входам усилителя-фор1Ф1рова- теля 8 счетных импульсов.

Согласно варианту выполнения блока 7 деления периода интерференции (фиг.З) магнитопроводы представляют собой параллельные друг другу плоские кольца 20 и 21, а датчики 12 Холла и распределенная двухфазная (4-полюс- ная) обмотка 23 расположены по окружности плоского зазора между кольцами 20 и 2 1.

Принцип работы интерферометричес- ких измерителей по обоим вариантам одинаков.

Измеритель работает следующим образом.

При перемещении рабочего органа 2 интерферометр 1 создает на входах фотоприемников 3 и 4 движущиеся полосы интерференции. Поскольку фотоприемники 3 и 4 пространственно смещены друг относительно друга на четверть периода интерференции, на их выходах 25 образуются сигналы, содержащие переменные составляющие, сдвинутые по

15

20

фазе на угол . Усилители 5 и 6 мощности усиливают и преобразуют переменные составляющие этих сигналов в пропорциональные величины токов, которые поступают соответственно в обмотки 13 и 14 блока 7 деления периода интерференции (Фиг.2).

Вследствие того, что протекающие по обмоткам 13 и 14 токр сдвинуты по

фазе на

угол -,

а магнитные оси обмоток перпендикулярны, в зазоре межд

40 сердечниками 10 и 11 образуется вращающееся магнитное поле. Ч-астота и направление вращения вектора магнитного поля определяются частотой и направлением движения полос в поле ин45 терференционной картины. При этом на выходах 19 датчика 12 Холла возникают переменные ЭДС, сдвинутые по фазе друг относительно д руга.

Период ЭДС равен периоду вращения50 вектора магнитного поля, величина фазового сдвига определяется щагом расположения датчика 12 Холла,вдоль окружности кольцевого зазора, а знак фазового сдвига - направлением вра55 щения поля. .

Сигналы с выходов 19 датчиков 12 Холла поступают на входы усилителя- формирователя 8 счетных импульсов, где вырабатываются счетные импульсы

всякий раз, когда какой-либо из сигналов принимает нулевое значение.

Счетные импульсы в логическом анализаторе подсчитываются, направление счета определяется знаком фазового сдвига сигналов на выходе датчиков . Холла. Результат подсчета преобразуется в сигнал, предназначенный для управления перемещением рабочего органа 2 и для регистрации.

Таким образом, если в зазоре межд сердечниками 10 и 1.1 расположено N датчиков 12 Холла, то счетчик, входящий в состав логического анализаN

тора 9, подсчитает N (- в общем случае) счетных импульсов при перемещении рабочего органа на величину, определяющую период интерференционной картины, т.е. управление рабочим ор- ганом и регистрация сигнала перемещения осуществляются с дискретностью

Г (2 для общего случая) периода ин- NN

терференции.

Обмотки 13 и таны на сердечники ственно.

14 могут быть намо- 10 и 11 соответФормула изобретения зо

1. Интерферометрический измеритель перемещений, содержащий интерферометр С отражателями, закрепленными на раФиг,/

бочем органе, два фотоприемника на выходе интерферометра, расположенные с пространственным смещением друг относительно друга на четверть периода интерференции и через соответствующие усилители мощности соединенные с входами блока деления периода, интерференции, выходы которого подключены к входам усилителя-формирователя, счетных импульсов, своим выходом подключенного к входу логического анализатора, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности, блок деления периода интерференции выполнен в виде 2р-полюсной двухфазной распределенной обмотки и N датчиков Холла, расположенных в воздушном зазоре между двумя магнитопро- водами, выходы датчиков Холла подключены к входам усилителя-формирователя счетных импульсов а фазы 2р- полюсной распределенной обмотки подключены к выходам соответствующих фотоприемников.

2.Измеритель перемещений по п.1 у о тли ч аю щи и с я тем, что, магнитопроводы выполнень в виде со- осных цилиндров или тороидов, расположенных с радиальным зазором.

3.Измеритель перемещений по п.1, отличающийся тем, что магнитопроводы выполнены в виде.дисков или колец, расположенньге с осег вым зазором.

.

20

чГ

/

Изобретение может быть использовано в устройствах для измерения и контроля линейных и угловых перемещений рабочих органов в прецизионных металлургических станках, сканирующих приборах, а также для создания систем автоматического управления механическими объектами высокой точности. Цель изобретения - повышение надежности - достигается тем, что блок деления периода интерференции выполнен в виде 2р-полюсной двухфазно ной распределитель ной обмотки и датчиков 12 Холла, расположенных в воздушном зазоре между двумя магнито- . проводами. Сущность изобретения заключается в формировании в зазоре между магнитопроводами вращающегося магнитного поля и преобразовании его при помощи датчиков 12 Холла, распределенных по окружности зазора, в сдвинутые по фазе переменные электрические сигналы. На чертеже также показаны внутренний 10 и внешний 11 концентрические тороидальные сердечники из магнитомягкого материала, двухполюсные распределенные обмотки 13 и 14, магнитные оси 15 и 16, пространственно смещенные на угол 90°. Выводы 17 и 18 обмоток 13 и 14 подключены к соответствующим усилителям мощности, а выходы 19 датчиков Холла - к усилителям-формирователям счетных импульсов (показаны на схеме, приведенной в описании изобретения). 2 з.п. ф-лы, 3 ил. Р сл оо сд СП о СП САЭ а Шиг. г

Редактор Л.Веселовская

Составитель Л Устинова Техред А.Кравчук

Заказ 5791/41Тираж 730Подписное

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

Корректор И.Муска