Способ измерения линейных перемещений Советский патент 1989 года по МПК G01B21/00 

Фт. I

114621

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть ;использовано для измерения линейных перемещений.

Цель изобретения - повышение точности измерений путем исключения погрешности, обусловленной неравномерностью светочувствительности я чеек ПЗС.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжения - блоков 5-8; на фиг. 3 - схема, пояс- is няющая реализацию способа, Устройство, реализующее способ, |содержит осветительную линейку 1, is которой с шагом h имеются отверс- :тия с размещенными внутри них источ- 20 никами 2 света, например .светодиода- ми, линейный фоточувствительный при- :бор 3 с зарядовой связью (ЛФПЗС), ;Жестко связанный с контролируемым объектом, генератор 4, блок 5 двойной 25 коррелированной выборки, фильтр 6 нижних частот, дифференцирующий блок 7, нуль-компаратор 8, два широтно- импульсных .модулятора 9 и 10, два счетчика 11 и 12 импульсов, вычисли- 30 тельный блок 13 и блок 14 памяти.

Источники 2 света осветительной линейки 1 формируют световой поток в направлении, перпендикулярном на- правлению перемещения объекта. Расстояние между двумя любыми соседними источниками 2 света не превышает длины светочувствительной поверхности ПФИЗС 3. Сформированные источниками лучи направляются на светочувствительную поверхность ЛФИЗС 3,

оСпособ осуществляется, следующим образом.

Перед началом измерений перемещений нумеруют по порядку лучи, измеряют и запоминают расстояния между центрами соседних лучей h ,h , . . . ,Ь, задают максимальное допустимое смещение U мс((.с объекта за один цикл оп35

40

ЛФПЗС 3, которое должно быть . меньше половины расстояния между дву

ь

10

is20 25 30

35

40

50

032

привязку контролируемого объекта к осветительной линейке 1.

Затем при измерении перемещений ЛФПЗС 3 относительно начала отсчета или при задании начала отсчета осуществляют циклический опрос ЛФПЗС 3, а в каждом цикле преобразуют последовательность выходных видеоимпульсов ЛФПЗС 3 в непрерывный видеосигнал, аппроксимирующий выходную импульсную последовательность. В полученном непрерывном видеосигнале определяют координаты вершин колоколообразных fmnynbcoB относительно начала ЛФПЗС 3, которые будут являться координатами центров световых лучей, падающих на ЛФПЗС 3, относительно его начала. Среди этих лучей выбирают опорный луч данного цикла, в качестве которого выбирают луч, координата 1 которого относительно начала ЛФПЗС 3 меньше отличается от координаты какой-то фиксированной точки ЛФПЗС 3, например, его середины. Затем находят смещение и координаты 1 опорного луча в данном цикле относительно координаты 1 опорного луча в предыдущем цикле и путем сравнения най- денной величины смещения 1 с заданным максимальным допустимым смещением 1 f. определяют номер k луча, выбранного в качестве опорного в данном цикле, а также определяют его координату 1д„ относительно начала отсчета. Так, если/Л/б д ,. , то это означает, что в данном цикле в качестве опорного выбран луч, который являлся опорным и в предыдущем цикле, поэтому в этом случае номер k опорного -луча и координату 1 опорного луча относительно начала отсчета оставляют в данном цикле неизменными. Если же|&(й„ц, то при допустимой скорости перемещения это означает, что в качестве опорного луча в данном цикле выбран луч, соседний с опорным лучом предыдущего цикла. Чтобы выяснить какой именно, с меньшим или большим на единицу номером, проверяют выполнение еще одного

Изобретение относится к конт-- рольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений путем исключения погрешности, обусловленной неравномерностью светочувствительности ячеек прибора 3 с зарядовой связью. Линейный фоточувствительный прибор 3 с зарядовой свйзью (ЛФПЗС), жестко связанньш с контролируемым объектом, перемещают вдоль неподвижной осветительной линейки 1, испускающей перпендикулярные к направлению перемещения равноотстоящие друг от друга лучи света так, чтобы при любом перемещении ЛФПЗС 3 на его светочувствительную поверхность падал бы по крайней мере один луч. Получают непрерывный видеосигнал, аппроксимирующий выходную импульсную последовательность ЛФПЗС 3, определяют с помощью дифференцирующего блока 7 и нуль-компаратора 8 координаты вершин колоколообразных импульсов в полученном непрерывном видеосигнале, являющиеся координатами центров световых лучей, падающих на ЛФПЗС 3 относительно его начала. Выбирают опорный луч и определяют расстояние от него до начала отсчета с помощью измеренных и запомненных на этапе калибровки расстояний меяаду соседними лучами, вычисляя разность между координатами опорного луча-от- йосительно начала отсчета и начала ЛФПЗС 3, находят искомую координатз) начала ЛФПЗС 3 относительно начала отсчета. 3 ил. а СП

мя любыми соседними лучами, так как иначе будет потеряна определенность положения ЛФПЗС 3 относительно осветительной линейки 1. Затем устанавливают середину ЛФПЗС 3, против одного из лучей, номер которого запоминают как исходное значение номера k опорного луча, осуществляя тем самым

условия. Если/й+Ь / д

макс

(где

h - расстояние между k-M и k+1-М лучами), то это означает, что опорньгм выбран луч, имеющий номер на единицу больше, а поэтому увеличивают на шаг h) координату опорного луча и на 1 номер k опорного луча. Если же окажется, что / u+h,, , то коорди 146

У оп уменьшают на расстояние между k-1-MHk-M лучами, а номер k опорного луча уменьшают на 1. Затем после определения координаты l опорного луча относительно начала отсче

та, зная его координату 1 относительно начала ЛФПЗС 3, находят искомую координату 1 начала ЛФПЗС 3 относительно начала отсчета как разность IQ(,I (см.фиг.3). Начало отсчета может быть задано в любом цикле опроса ЛФПЗС 3 после выбора опорного луча путем установления координаты , равной координате 1.

Обоснование действий при определении номера и координаты опорного луча состоит в следующем.

1 1

Пусть 1ц 1оп-1 - искомая координата начала ЛФПЗС 3 относительно нача ла отсчета в i-м цикле опроса ЛФПЗС, и 1 - координаты опорного луча соответственно относительно начала отсчета и начала ЛФПЗС в i-м цикле. Тогда для i+1-го цикла в зависимости от того, выбран ли опорным прежний .опорный луч или один из двух соседних, справедливо одно из следующих равенств:

+) к

i + i

и

«tl к

1 + 1

i;,+h,-i

Iflfl 1

Найдем абсолютную величину перемещения ЛФПЗС 3 для каждого из этих трех возможных случаев:

/1 ; -i;/ /i -i /.;

/л-; -l J /r-l- .h,/;

/С -ii/ /i -r -h,/.

Поскольку величина /

40

Пример. При перемещении ЛФПЗС 3, жестко связанного с контро лируемым объектом, вдоль осветитель ной линейки 1 на него будут падать лучи от источников света 2, которые расположены друг от друга с таким шагом h, чтобы при любых перемещениях ЛФПЗС 3 на его светочувствительную поверхность падал хотя бы чэдин луч. Блок 5 двойной коррелированной выборки и фильтр 6 преобразуют после довательность выходных видеоимпульсов ЛФПЗС 3 в непрерывный видеосигнал, в котором с помощью дифференцирующего блока 7 и нуль-компаратора 8 определяются моменты появления вершин колоколообразных импульсов, соответствующих центрам световых лучей падающих на ЛФПЗС 3 (см. ). Ши- ротно-импульсные модуляторы 9 и 10 путем заполнения высокочастотной импульсной последовательностью временных интервалов от начала опроса ЛФПЗС 3 до появления фронтов соответ ственно первого и второго импульсов с нуль-компаратора 8 и счетчики 11 и 12 определяют координаты центров световых лучей, падающих на ЛФПЗС 3 относительно начала ЛФПЗС 3. Используя значения этих координат и измеренные на этапе калибровки устройства расстояния между центрами соседних лучей h, ,...,h,вычисли- тельньш блок 13 осуществляет все остальные операции предложенного способа, т.е. выбирает опорный луч, определяет его номер k и его -расстояние Ion ° г начала отсчета, а затем искомое расстояние 1 начала ЛФПЗС 3 относительно начала отсчета (см. фиг. 3).

пере- Контролируемая скорость перемещеv,,.cT плп-з/- 1 Р времени опроса ЛФПЗС 1.. момещения ЛФПЗС 3 за один цикл не долж- т достигнут 4 м/с. на превышать Д ,д

Формула изобретения

то должно выполняться одно из следующих условий:

,акс ; /U .с- ;

/u-h,.,/6u ,

где Д. - величина смещения координаты опорного луча данного цикла относительно координаты опорного луча предыдущего цикла (обе координаты берутся . относительно начала ЛФПЗС). 1

При определении номера опорного луча достаточно проверить выполнение одного или двух указанных условий.

Способ измерения линейных переме- 50 щений, заключающийся в том, что перемещают линейный фоточувствительный прибор с зарядовой связью (ЛФПЗС),. связанный с контролируемым объектом, осуществляют циклический опрос ЛФПЗС, 55 определяют величину перемещения в каждом цикле опроса ЛФПЗС, отличающийся тем, что, с целью повьпдения точности измерения, до начала измерений устанавливают освети15

Q

О

5

0

5

0

Пример. При перемещении ЛФПЗС 3, жестко связанного с контролируемым объектом, вдоль осветительной линейки 1 на него будут падать лучи от источников света 2, которые расположены друг от друга с таким шагом h, чтобы при любых перемещениях ЛФПЗС 3 на его светочувствительную поверхность падал хотя бы чэдин луч. Блок 5 двойной коррелированной выборки и фильтр 6 преобразуют последовательность выходных видеоимпульсов ЛФПЗС 3 в непрерывный видеосигнал, в котором с помощью дифференцирующего блока 7 и нуль-компаратора 8 определяются моменты появления вершин колоколообразных импульсов, соответствующих центрам световых лучей, падающих на ЛФПЗС 3 (см. ). Ши- ротно-импульсные модуляторы 9 и 10 путем заполнения высокочастотной импульсной последовательностью временных интервалов от начала опроса ЛФПЗС 3 до появления фронтов соответственно первого и второго импульсов с нуль-компаратора 8 и счетчики 11 и 12 определяют координаты центров световых лучей, падающих на ЛФПЗС 3 относительно начала ЛФПЗС 3. Используя значения этих координат и измеренные на этапе калибровки устройства расстояния между центрами соседних лучей h, ,...,h,вычисли- тельньш блок 13 осуществляет все остальные операции предложенного способа, т.е. выбирает опорный луч, определяет его номер k и его -расстояние Ion ° г начала отсчета, а затем искомое расстояние 1 начала ЛФПЗС 3 относительно начала отсчета (см. фиг. 3).

Способ измерения линейных переме- 50 щений, заключающийся в том, что перемещают линейный фоточувствительный прибор с зарядовой связью (ЛФПЗС),. связанный с контролируемым объектом, осуществляют циклический опрос ЛФПЗС, 55 определяют величину перемещения в каждом цикле опроса ЛФПЗС, отличающийся тем, что, с целью повьпдения точности измерения, до начала измерений устанавливают освети514

тйльную линейку, формирующую перпендикулярные к направлению перемещения oobeKTia и направленные на светочувствительную поверхность ЛФПЗС лучи све- Td, расстояния h между которыми не превьшают длины светочувствительной поверхности ЛФПЗС, задают максимально допустимое перемещение Л ,д,t; объекта за один цикл опроса ЛФПЗС из со- отношения .h/2, определяют на- чфтьное значение номера опорного лу- ч4 света относительно начала ЛФПЗС П5|тем совмещения середины светочувствительной поверхности ЛФПЗС с соответствующим лучом света осветительной линейки, затем в процессе измерений относительно начала отсчета перемещают ЛФПЗС вдоль осветительной линейки, в каждом цикле опроса ЛФПЗС преобразуют последовательность выход- ньх видеоимпульсов в непрерывный видеосигнал, аппроксимирующий выходную ийпульсную последовательность, в по

7

. Q

5

0

036

лученном непрерывном видеосигнале : фиксируют координаты его максимумов, соответствующих координатам центров лучей света, падающих в данный момент времени на светочувствительную поверхность ЛФПЗС относительно ее начала, выбирают в качестве опорного луча данного цикла опроса ЛФПЗС луч света, координата 1 которого меньше отличается от координаты середины светочувствительной поверхности ЛФПЗС, сравнивают координату 1 опорного луча |:ввта данного цикла опроса с коордийй- той опорного луча предьщущего цикла опроса и определяют величину их сме щения U J определяют номер опорного луча света данного цикла опроса путем сравнения величины д и д деляют его координату 1, относительно начала отсчета, с учетом 1 и 1 вычисляют координату начала ЛФПЗС относительно начала отсчета, по которой определяют величину перемещения.

Начало

н-г к HI-г

Фиг.З