Измерительное устройство для определения взаимного перемещения двух подвижных частей механизмов Советский патент 1961 года по МПК H03M1/28 G01B11/02 

Для определения взаимного перемещения двух подвижных частей различных машин, станков и приборов применяются устройства с фогоэлектрической системой, в которых в качестве измерительного и индикаторного элементов используются растры, величина перемещения преобразователями определяется количеством импульсов света, образующихся при движении одной решетки относительно другой.

Световые импульсы преобразуются при помощи фотоэлементов в импульсы напряжения и подаются на автоматический реверсивный счетчик. Количество зафиксированных автоматическим счетчиком импульсов и определяет величину перемещения. Точность перемещенлй зависит от количества линий, нанесенных на 1 мм растровых рещеток. Увеличение точности отсчета сопряжено с технологическими трудностями повышения частоты растровых рещеток. Попытки построить преобразователи с отсчетом перемещений с точностью до долей периода растровой решетки не привели к желаемым результатам.

Известные фазоимпульсные системы с модуляцией сигнала зависят от величины светового потока и от величины питающего фотоэлемент напряжения, они недостаточно чувствительны не обеспечивают требующейся точности измерений. Модуляция светового потока при помощи обтюраторных дисков и заслонок - громоздка и малонадежна. Точность преобразователей такого типа тоже невелика.

Предложенное измерительное устройство для определения взаимного перемещения двух подвижных частей механизмов в отличие от известных обладает более высокой чувствительностью и точностью измерений. Достигается это тем, что индикаторный растр устройства смгщается относительно измерительного посредством электромагнитной системы, а также колеблется в плоскости растров, чем обеспечивается сканирование световых полос относительно щелей диафрагмы, расположенной перед фотоэлементом.

№ 1426992

На фиг. 1 изображена принципиальная схема описываемого устройства; на фи. 2 показана зависимость фототока при относительном движении растров в пределах одного шага Т.

В устройстве применен способ модуляпии при сканировании, обеспечивающий простоту, надежность действия и большой относительный коэффициент модуляции светового потока.

Устройство состоит из узла осветителя /.с колеблюш.имся растром, преобразующей растровой рещетки 2 и фотоячейки 3 с фотоэлементом.

Узел осветителя содержит лампочку накаливания или газосветную лампу 4, перед которой на .рамке 5 укреплена индикаторная растровая решетка 6. Рамка 5 приводится в колебательное состояние под действием переменного магнитного поля, создаваемого при помош,и электромагнита 7, обмотка которого питается переменным током.

Преобразующая растровая решетка 2 и индикаторная 6 представляют собой стеклянные линейки с нанесенными на них светлы.ми и темпыми линиями. Ширина светлых линий приблизительно равна (пирине темных.

Фотоячепка 3 выполнена в виде светонепроницаемого корпуса, внутри которого помещен фотоэлемент 8. Перед фотоэлементом расположен экран со щелями диафрагмы 9.

Преобразующая и индикаторная решетки, фотоячейка и осветитель расположены таким образом, что возникающие в результате затемнения светлых линий одного из растров темными линиями другого растра муаровые полосы попадают на экран и изменяют световой поток, проходящий через щели диафрагмы на фотоэлемент. Передвижение одного растра относительно другого на один шаг соответствует полному циклу изменения светового потока, проходящего через щели диафрагмы, т. е. полному циклу изменения фототока в фотоэлементе.

На фиг. 2 показана зависимость фототока при относительио.м движении растров в пределах одного шага 7 муаровых полос.

Т:-. ,

где t - шаг растров;

Ф - угол пересечения линий обоих растров.

Если в качестве перемещающихся полос приняты полосы света и

тени растрового оптического нониуса, то 7 t, где С - расстояние между нитью источника света и экраном фотоячейки; Л - расстояние между растрами.

Работает измерительное устройство следующим образом.

При колебании решетки муаровые полосы или полосы растрового оптического нониуса колеблются относительно световых щелей экранз фотоячейки. Если колебания полос света происходят симметрично относительно линий, проходящих через оси симметрии световых щелей диафрагмы или середины промежутков между щелями, то происходит удвоение частоты фототока в фотоэлементе по сравнению с частотой колебания рамки (см. фиг. 2). Если размах колебаний укладывается на линейном участке световой характеристики растровой системы, то ток в фотоэлементе имеет синусоидальный характер такой же частоты, как и колебания рамки. При перемещении полос относительно щелей на половину шага фаза тока в фотоэлементе меняется на 180°. Подавая напряжение, снимаемое с нагрузки фотоэлемента на фазочувствительный измерительный прибор, опорное напряжение в котором имеет такую же частоту, как и частота колебаний рамки, осуществляют изме