Устройство для измерения дробной части интерференционной полосы Советский патент 1988 года по МПК G01B21/00 

4iik 4

СО Од

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

На фиг. 1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Целью изобретения является расширение области использования за счет обеспечения возможности измерения при изменении знака абсолютного перемещения .

Устройство состоит из двух иден

тичных каналов, содержащих последовательно соединенные фотоприемник 1 ( (2), усилитель 3 (4) и формирова- тепь 5 (6), последовательно соединенные выпрямитель 7 (8), входы которого подключены к выходам усилителя 3 (4), и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9 (10).. Устройство имеет также блок 11 деления, информационные входы которого соединены с выхо- дамн АЦП 9 и 10, блок 12 вычисления обратных тригонометрических функций, вход которого подключен к выходу блока 1 1 деления, суммирующе-вычитав)- щий блок 13, входы которого соедине- |Ны с выходами усилителей 3 и 4, блоки 14, 15 формирования сигнала, входы .которых соединены с выходами суммй- рующе-вычитающего блока 13, комбинационную логическую схему 16, входы которой подключены к выходам формирователей 5 и 6 и выходам блоков 14, 15 формирования сигнала, реверсивный счетчик 17, входы которого соединены с выходами комбинационной логической схемы 16, дешифратора 18 нуля, соединенного своими входами с выходами реверсивного счетчика 17, В-тригге- ра 19, С-вход которого подключен к выходу дешифратора нуля, D-вход - к инверсному выходу D-триггера 19, а прямой ВЫХОД соединен с управляющим входом комбинационной логической схемы 16, первого двуйходового элемента ИСКгаОЧАНИЦЕЕ ИЛИ 20, входы которого соединены с выходами блоков 14, 15 формирования сигнала, а выход соеди- ней с управляющим входом блока 1 Г деления, второго двувходового элемента ИСКЛЮЧАИЦЕЕ ИЛИ 21, входы которого соединены с выходами формирователей 5 и 6, третьего двувходового элемент ИСКПКНАЩЕЕ ИЛИ 22, входы которого соединены с выходами первого 20 и

с

о

5

35

5 - 0 лп д -

55

второго 2 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, инвертора 23, вход которого соединен с выходом третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22, схемы 2-2И-2ИЛИ 24, пер- вые входы элементов И этой схемы соединены соответственно с выходом третьего элемента ИСРШЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22 и выходом инвертора 23, вторые входы элементов И этой схемы соединены соответственно с прямым и инверсным выходами D-триггера 19, а выход схемы 2-2И-2Ш1И 24 подключен к управляющему входу блока 12 вычисления обратных тригонометрических функций.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы, снимаемые с фотоприемни- КОБ 1 и 2 и сдвинутые по фазе на .четверть периода, усиливаются усилителями 3 и 4 до необходимого уровня, и одновременно происходит компенсация постоянных составлякхдих сигналов. Выходные сигналы усилителей поступают на формирователи 5 и 6 и на сум- мирующе-вычитающий блок 13, на выходе которого получают два квадратурных сигнала, которые подаются на блок 14, 15 формирования сигнала. Формирователями 5 и 6 и блоками 14, 15 формирования сигнала формируются сигналы а,Ь,с и d (см. фиг.2), высокому уровню которых соответствует положительное значение входного сигнала, а ну- .левому - отрицательное. Сигналы а,Ъ, с и d подаются на комбинационную логическую схему 16, где формируется последовательность импульсов, пот ступаюшх либо на суммирующий вход реверсивного счетчика 17, либо на вычитающий, в зависимости от направления перемещения интерференционных полос. Дискретность формирования импульсов равна одной шестнадцатой дли- нь1 волны излучения. В пределах одной шестнадцатой длины волны вычисляется значение дробной части йнтерфёрен- ци.онной полосы.

Аналоговые сигналы с выходов усилителей 3 и 4 поступают на выпрямите- ли 7 и 8, где происходит их двухпо- . лупериодное выпрямление. Выпрямленные сигналы е и (фиг.2) преобразуются аналого-цифровыми преобразова-. телями 9 и 10 в цифровую форму и поступают на вход блока 11 деления, где происходит деление меньшего числа на большее под управлением сигнала.S,

поступающего на управлякнций вход блока 11 деления. Алгоритм формирования сигнала S записывается . Сигнал управления формируется элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20, на вход которого подаются сигналы с выходов формирователей 5 и 6, Результат деления с выхода блока 11 деления поступает в блок 12 вычисления обратных тригонометрических функций, где вычисляется ajTctg или arcctg в зависимости от направления перемещения, от знака абсолютного перемещения и от текущего

Высокий уровень сигнала знака абсолютного перемещения с прямого выхода D-триггера 19 поступает на управляю-, щий вход комбинационной логической схемы 16, где- происходит коммутация

.импульсов, поступавших на вычитающий вход реверсивного счетчика 17, на

суммирующий вход этого счетчика, а импульсы, поступавшие на суммирукищй вход, коммутируются на вычитающий. Содержимое реверсивного счетчика начинает увеличиваться, что .соответствует увеличивающемуся абсолютному

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - расширение области использования, за счет обеспечения возможности измерения при реверсивном перемещении и изменении, знака абсолютного перемещения. Устройство с помощью дешифратора 18 нуля и триггера 19 фиксирует нулевое состояние реверсивного счетчика 17, после чего сигналом с триггера переключают вычитающий вход реверсивного счетчика на суммирующий вход, а суммирующий - на вычитающий. При этом сигнал управления блоком 12 вычисления обратных тригонометрических функций формируется таким образом, что вид вычисляемой функции arctg или arcctg обеспечивает увеличение или уменьшение дробной части иитерферен- J;иoннoй полосы соответственно с уве-т личением или уменьшением абсолютиого перемещения как при положительном относительно первоначального положения, так и при отрицательном абсолютном перемещениях подвижного отраикате- ля (объекта).. 2 ил.. (Л

значения фазы сигнала фотоприемника. 15 перемещению. В момент t не происхо- Вид вычисляемой обратной тригонометрической функции определяется сигнаг лом управления р, поступающим на упг равляющий вход блока вьмисления обратных тригонометрических функций 20 и формируемым по алгоритму

(аФ b)®S.F+(a«b),

дит изменение вида вычисляемой тригонометрической функции, что обеспечи- . вает увеличение значения дробной части интерференционной полосы, начиная с момента tg и до момента t, когда происходит изменение направления перемещения (фиг.2). В момент

I

где F - сигнал знака абсолютного перемещения, формируемый дешифратором 18 нуля и D-триггером 19. В исходном состоянии D-триггер 19 находится в нулевом состоянии. При начале движения объекта до момента t (первая

аналогично моменту t изменение вида вычисляемой функции не происходит, 25 и значение дробной части интерференционной полосы уменьшается.

При наступлении следукнцего момента нулевого абсолютного перемещения дешифратор 3 нуля дешифрирует нуледиаграмма на фиг,2) импульсы, форми- 30.вое состояние реверсивного счетчи- руемые комбинационной логической схе- кА 17, D-триггер 19 перебрасывается мой 16, поступают на суммирующий вход в нулевое состояние, своим Низким реверсивного счетчика 17. В момент уровнем сигнала знака абсолютного t| направление движения изменяется, перемещения с прямого выхода коммути- а счетные импульсы начинают поступать gg руя поступление импульсов на ревер на вычитающий вход реверсивного счетчика 17. До момента tg (момента нулевого абсолютного перемещения) вид вычисляемой функции ajrctg или arcctg

сивный счетчик 17 в соответствии с первоначальным состоянием.

Сигнал управления блоком вычисления обратных тригонометрических функизменяется с каждым изменением любо- 1ГО из сигналов а, Ъ, с или d, при

40 ций формируется следующим образом.

этом до момента tj. внутри интервалов.

Сигналы с выходов формирователей

соответствующих целой части интерфе- ;5 и 6 поступают на элемент ИСКПЮЧАЮ- ренционной полосы, значение дробной . ЩЕ ИЛИ 21, далее .сигналы с выходов части интерференционной полосы увели- 45 поступают на тре- чивается с увеличением абсолютного тий злемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22, вы- значения перемещения. Начиная с момен- входной сигнал которого инвертирует- 1 та t величина абсолютного перемеще- ; ся инвертором 23. Сигналы с выхода ния уменьшается, и значение дробной ,инвертора 23 и с инверсного выхода части интерференционной полосы также поступают на первый

элемент И схемы 2-2И-2ШШ 24, а на входы другого элемента И схемы 2-2И- -2ШШ 24 поступают сигналы с выхода iтретьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22 55 и с прямого выхода D-триггера 19. ,Сигнал управления р с выхода схемы 24 поступает на управляющий вход блока вычисления обратных тригонометрических функций.

начинает уменьшаться (последняя диа- грамма на фиг.2). Это обеспечивается тем, что в момент t не происходит изменение вида вычисляемой функции, В момент t содержимое реверсивного счетчика 17 становится равным нулю, на выходе дешифратора I8 нуля появляется сигнал, перебрасывающий D- триггер 19 в единичное состояние.

перемещению. В момент t не происхо-

дит изменение вида вычисляемой тригонометрической функции, что обеспечи- . вает увеличение значения дробной части интерференционной полосы, начиная с момента tg и до момента t, когда происходит изменение направления перемещения (фиг.2). В момент

аналогично моменту t изменение вида вычисляемой функции не происходит, и значение дробной части интерференционной полосы уменьшается.

При наступлении следукнцего момента нулевого абсолютного перемещения дешифратор 3 нуля дешифрирует нулевое состояние реверсивного счетчи- кА 17, D-триггер 19 перебрасывается в нулевое состояние, своим Низким уровнем сигнала знака абсолютного перемещения с прямого выхода коммути- руя поступление импульсов на ревер

сивный счетчик 17 в соответствии с первоначальным состоянием.

Сигнал управления блоком вычисления обратных тригонометрических функ40 ций формируется следующим образом.

514411

В целом алгоритм вычисления дробной части интерференционной полосы записывается:

если и и и и .

где

D - цифровой код дробной части интерференционной полосы, формируемый на выходе блока вычисления обратных тригонометрических функций; х их - цифровые коды сигналов на выходах аналого-цифровых преобразователей 9 и 10.

Формула из. обретения

Устройство для измерения дробной части интерференционной полосы, со- держащее два канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фотоприемника,усилителя и формирователя и последовательно соединенных выпрямителя, вход которого соединен с выходом усилителя, и аналого-цифрового преобразователя, сум- мирующе-вычитаю1ций блок, входы которого соединень: с выходами усилителей каналов, первый и второй блоки форми- рования сигнала, входы которых соединены с выходами суммирующе-вычитающе- го блока, комбинационную логическую схему, входы которой подключены к выходам формирователей и блоков форми- рования сигнала, реверсивный счетчик входы которого .соединены с выходами комбинационной логической схемы.

0

15 20

25 30 д 40

966

блок деления, информационные входы которого соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей, блок вычисления обратных тригонометрических функций arctg и arcctg, информационный вход которого подключен к выходу блока деления, первый двувхо- довый элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого подключены к выходам блоков формирования сигнала, а выход - к управляющему входу блока деления, второй двувходовьш элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого подключены к выходам формирователей, третий дву- входовый элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого соединены с выходами первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, отличающееся тем, что,с.целью расширения области использования за счет обеспечения возможности измерения при изменении знака абсолютного перемещения, оно снабжено дешифратором нуля, входы которого соединены с выходами реверсивного счетчика, D-триггером, С-вход которого соединен с выходом дешифратора нуля, D-вход - с инверсным выходом триггера, инвертором, вход которого соединен с выходом третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, схемой 2-2И-2ИЛИ, первые входы элементов И которой соединены с выходами третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и инвертора, а вторые входы - соответственно с прямым и инверсным выходами D- триггера, выход схемы 2-2И-2Ш1И подключен к управляющему входу блока вычисления обратных триногометрических функций, комбинационная логическая схема выполнена управляемой, а прямой выход D-триггера соединен с ее управляющим входом.

Q

ЛЛЛх1жКМ КХИ/1ЖГ

% % /if i /2 VAT Мв % 0 /fff A /A

. 2

l