Устройство для измерения перемещений объекта Советский патент 1989 года по МПК G01B21/00 

1

У

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения путем повышения коэффициента преобразования устройства. Пучок излучения от источника 1 излучения отражается, затем делится светоделителем 3 на два пучка, в каждом из которых на линейном участке гауссовой кривой распределения интенсивности излучения установлено по паре фотоприемников 4,5 и 6,7 на расстоянии D друг от друга. В измерительной схеме измеряется крутизна преобразования первого и второго потоков и величина смещения этих потоков относительно первоначального положения. Затем по данным измерительной схемы в блоке 18 вычисления определяют величины линейного и углового перемещений объекта, которые отображаются на блоке 19 индикации. 3 ил.

Изобретение откосится к измерительной технике и может использоваться для измерения параметров вибраций различных объектов.

Цель изобретения - повышение точности измерений путем повышения коэффициента преобразования устройства.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - схема расположения фотоприемников относительно гауссовой кривой распределения интенсивности излучения вдоль диаметра светового пятна и получения выходных сигналов; на фиг„ 3 - схема блоков вычисления.

Устройство содержит оптически связанный источник 1 излучения, отражатель 2 и светоделитель 3, первый 4, второй 5, третий 6 и четвертый 7 фо- топриемники, измерительную схему, состоящую из двух измерительных каналов, первый канал состоит из блока 8 суммирования, последовательно соединенных блока 9 разности, аттеню- атора 10, масштабного усилителя И, блока 12 деления, выход блока 8 суммирования соединен с вторым входом блока 12 деления, второй измерительный канал состоит из блока 13 сумми- рования, последовательно соединенных блока 14 разности, аттенюатора 15, масштабного усилителя 16, блока 17 деления, выход блока 13 суммирования соединен с вторым входом блока 17 деления, последовательно соединенные блок 18 вычисления и блок 19 индикации. Выходы первого 4 и второго 5 фотоприемников подсоединены соответственно к первым и вторым входам блоков суммирования 8 и разности 9 первого измерительного канала, а выходы третьего 6 и четвертого 7 фотоприемников подсоединены соответственно первым и вторым входам блоков суммирования 13 и разности 14 второго измерительного канала. Выходы блоков 12 и 17 деления подсоединены соответственно к первому и второму входам блока 18 вычисления.

Последний содержит первый блок 20 разности, на первый блок которого подается сигнал А,, а выход его соединен с входом первого аттенюатора 21, второй блок 22 разности, на первый вход которого поступает сигнал Аа, а на второй А,, выход второго блока 22 разности последовательно через второй аттенюатор 23 и масштаб

д д 5

0

ный усилитель 24 подключен к второму входу первого блока 20 разности (фиго 3). Каждая пара фотоприемников 4, 5 и 6,7 один от другого разнесены на базовое расстояние d (фиг. 2), каждая пара фотоприемников 4,5 и 6,7 установлена на расстояниях L1 и LЈ, соответственно, от светоделителя 3 (фиг. 1).

Устройство работает следующим образом.

Пучок излучения, формируемый источником 1 излучения, направляется на отражатель, связываемый с объектом. Отраженный пучок делится светоделителем 3 на два пучка, в каждом из которых на линейном участке гауссовой кривой распределения интенсивности излучения установлены по паре фотоприемников 4,5 и 6,7 (фиг. 2) на базовом расстоянии d между фотоприемниками в паре, при этом D - диаметр светового пятна, х - текущее расстояние от центра светового пятна, Uq,n (x) - величина сигнала на выходе каждого фотоприемника в зависимости от х0

Сигнал с первого фотоприемника 4 поступает на первые входы блока 9 разности и блока 8 суммирования Сигнал с второго фотоприемника 5 поступает на вторые входы блока 9 разности и блока 8 суммирования. Разностньй сигнал с выхода блока 9 разности ослабляется аттенюатором 10 в d раз и далее поступает на вход масштабного усилителя 11, где усиливается в 2 раза и поступает на первый вход блока 12 деления. На второй вход блока 12 деления поступает суммарный сигнал с выхода блока 8 суммирования о С выхода блока 12 деления первого канала сигнал поступает на первый вход блока 18 вычисления. На второй вход последнего поступает аналогичный сигнал с второго канала. С первого выхода блока 18 сигнал, пропорциональный линейному перемещению, поступает на первый вход блока 19 индикации, а с второго выхода блока 18 сигнал, пропорциональный угловому перемещению, поступает на второй вход блока индикации.

При линейно-угловых перемещениях отражателя 2 на входе блока 18 формируются сигналы, пропорциональные линейному и угловому перемещениям и расстоянию от каждой пары фотопри51

емников 4,5 и 6,7 до светоделителя 3. Сигнал на выходе каждого фотоприемника пропорционален относительному смещению А светового пятна на плоскости фотоприемника и крутизне S преобразования: Ug,n A-S, где S Ы1фп/лх - коэффициент преобразования, равный отношению приращения AUcpn напряжения на выходе фотоприемника к величине АХ относительного смещения светового пятна на плоскости фотоприемника, вызывающий это смещение .

Использование блока 8 (13) суммирования сигналов фотоприемников позволяет увеличить чувствительность оптико-электронного измерителя вибраций.

Действительно, для линейного участка гауссовой кривой распределения интенсивности по диаметру светового пятна для первого и второго фотоприемников канала можно записать

(х1 и°Фп« +

uTniW + Vх

где U0(pn4 ,

U - величина сигнала в точке установки фотоприемников о Для суммарного сигнала

Us(x) U0(pn4 + и0фпа + ч + (S, + S4)Ax.

Для однотипных фотоприемников но обеспечить условие S S S, да

U(x) U0 + 2Sux,

где

05 офш осрпя.

Коэффициент преобразования по суммарному каналу в 2 раза больше, чем в известном:

S fiEl . 2S. К х

Таким образом, чувствительность устройства увеличивается за счет увличения крутизны преобразования фотоприемника.

Величина коэффициента преобразования зависит от мощности излучения, диаметра светового пятна, рас-

815966

стояния между объектом и фотоприем- ником. Изменение одного из указанных факторов влияет на точность измерения параметров вибраций. Для повышения точности измерений в устройстве крутизна преобразования измеряется автоматически и учитывается при вычислении перемещений.

Ю Каждая пара фотоприемников 4,5 и 6,7, расположенных на базовом расстоянии d один от другого и размещенных на линейном участке гауссовой кривой преобразования, позволяет

15 формировать сигнал, пропорциональный крутизне преобразования, который поступает на первый аттенюатор 10 и далее усиливается масштабным усилителем 11 в 2 раза, чтобы соответ2о ствовать крутизне преобразования:

с 00-0 - ифП5 Ь - ЈЪ - i-.

2а

С выхода масштабного усилителя 1I 25 сигнал поступает на первьй вход блока 12 деления, на второй вход которого поступает сигнал иф„4 + + . На выходе блока 12 формируется сигнал

30А UE ( + Uq nffld

s; ()2

который поступает на первый вход блока 18 вычисления. На второй вход блока 18 вычисления по второму измерительному каналу амплитуды смещения светового пятна на плоскости фотоприемников 6 и 7, расположенных. на расстоянии L2 от светоделителя 3, 4Q поступает аналогично сигнал

35

д - ElUs .Ei.-i-HfEiLL.l

я ъ /ГГ

2(ит„б - V,

)

В блоке 18 формируются сигналы, 4с пропорциональные х-линейному и ft-угловому виброперемещению, и подаются на входы блока 19 индикации:

А h

Л ( П т Т

х Lil-IiJL.

л о „;-i

V -arete A2.-A-i « 2arCtg L4- L La-L4

где А - величинасмещения светового

пятна нарасстоянии h, от

объекта;

А - величинасмещения светового

пятна нарасстоянии hz от . объекта;

ot - угол падения пучка лучей

на отражающий элемент; h - .j- I.4 - оптическая разность хода лучейо

Блок 18 вычисления работает следующим образом„

Разностный сигнал А4- А 4 с выхода второго блока 22 разности ослабляется вторым аттенюатором 23 в 2 (L2- L,) раз и поступает на второй вход блока 19 индикации и на вход масштабного усилителя 24, где усиливается в 4 раза и подается на второй вход первого блока 20 разности.

Разностный сигнал

А т А ,

с выхода первого блока 20 разности ослабляется первыми аттенюатором 21 в 2 h и об раз и в виде сигнала х подается на первый вход блока 19 индикации о В последнем осуществляется индикация х-линейной и J -угловой составляющей перемещения

Таким образом, в предлагаемом устройстве повышается чувствительность за счет увеличения коэффициента преобразования фотоприемников по суммарному каналу

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещений объекта, содержащее источник излучения с гауссовским распределением интенсивности в поперечном сечении пучка излучения, установленные последовательно по ходу пучка излучения отражатель, связываемый с

объектом, светоделитель, предназна- ченный для разделения отраженного пучка излучения на два световых потока, первый и второй фотоприемники, установленные по ходу первого светового потока на расстоянии L от светоделителя, третий и четвертый фотоприемники, установленные по ходу второго светового потока на расстоянии Lu от светоделителя, последователь5 но соединенные измерительную схему, блок вычисления и блок индикации, фотоприемники расположены первый от второго, третий от четвертого на базовом расстоянии d, отличао ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, измерительная схема выполнена в виде двух измерительных каналов, каждый из которых состоит из соединенных после5 довательно блока разности, аттенюатора, масштабного усилителя и блока деления, блока суммирования, выход которого соединен с вторым входом блока деления, выходы первого и вто0 рого фотоприемников соединены соответственно с первыми и вторыми входами блока суммирования и блока разности первого измерительного канала, а выходы третьего и четвертого фотоприемников - с первыми и вторыми входами блоков суммирования и блока разности второго измерительного канала.

5

1иФ11()

Ul(X)

ифпъМ

Фиг. 2