Устройство контроля угловых перемещений Советский патент 1989 года по МПК G01B21/00 

14)

31А99

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в точном машиностроении для контроля угловых и линейных перемещений объекта и является усовершенствованием устройства по авт.св. № 1191732. .

Цель изобретения - повышение точности измерений угловых перемещений путем снижения погрешности, обусловленной ненулевой длительностью фронта стробирующих импульсов.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит оптически связанные источник 1 когерентного излучения, зеркало 2, связываемое с объектом, первый объектив 3, акустооптичес кую ячейку 4 (АОЯ).второй объектив 5, диафрагму 6 и приемник 7 излучения, блок обработки сигнала, содержащий генератор 8 стробирующих импульсов, модулятор 9, включенный между генератором 8 и электрическим входом акус- тооптической ячейки А, бистабильный пороговый элемент 10 (например,триггер) , включенный между выходом генератора В и приемником 7 излучения, первый полосовой фильтр 1 1 , настроен- ный на частоту N-й гармоники, вход которого соединен с выходом генератора 8, второй полосовой фильтр 12, настроенный на частоту N-й гармоники, вход которого соединен с выходом при- емника 7 излучения, и фазометр 13, входы которого соединены с выходами полосовых фильтров 11 и 12. Зеркало 2 помещается в переднем фокусе объектива 3.

Устройство работает следующим образом.

Пучок света от источника 1 падает на зеркало 2 и преобразуется в скани- рующий пучок. Отраженный от зеркала 2 пучок падает на объектив 3, . на выходе из которого преобразуется пучок сканирующий параллельно самому себе и сфокусированный в плоскости рас- пространения акустической волны в АОЯ 4. Пройдя (Объектив 3, пучок падает под углом Брегга к фронту акустической волны на АОЯ 4, где в результате акустооптического взаимодейст- ВИЯ испытьшает дифракцию, Продифраги- рованная часть пучка падает на объектив 5. Пройдя объектив 5, продифраги- рованная часть пучка попадает на приемник 7 излучения, помещенный в заднем фокусе объектива 5 и связанный с вторым входом бистабильного порогового элемента 10 и входом полосового фильтра 11.

Непродифрагированная часть пучка поглощается диафрагмой 6. Стробирую- щий импульс с выхода генератора 8 стробирующих импульсов поступает на вход модулятора 9 несущей частоты и на первый вход бистабильного элемента 10, переводя его в вьжлюченное состояние, а также на вход полосового фильтра 12. Модулятор 9 работает в режиме импульсной модуляции. В момент появления импульса от генератора 8 стробирующих импульсов модулятор 9 генерирует радиоимпульс, преобразуемый в АОЯ 4 в ультразвуковую волну, которая через промежуток времени, равный времени ее пробега от входного торца АОЯ до пересечения пучка света, вызывает дифракцию это- г о пучка .Дифрагированный пучок формирует импульс на выходе приемника 7, который переводит бистабильный элемент 10 во включенное состояние. Длительность единичного импульса на выходе бистабильного элемента равна времени распространения ультразвуковой волны от торца АОЯ 4 до опорного светового пучка и определяет угловое смещение объекта.

Полосовые фильтры 11 и 12 настроены на частоту N-й гармоники генератора стробирующих импульсов, где номер гармоники N удовлетворяет неравенству

1 N 7 - 1 , (1)

t f

где Т - период следования строб-импульсов;/J, - максимальная погрещность

временной задержки импульса на выходе приемника излучения .

Последовательно формирующиеся стробирукнцие импульсы с генератора В поступают на вход полосового фильтра 12 N-й гармоники. На выходе полосового фильтра 12 выделяется гармонический сигнал с частотой, в N раз превышающий частоту следования стробирующих импульсов, и с нулевой фазой,подается на вход фазометра 13 в качестве опорного сигнала.

Задержанная последовательность импульсов с приемт1ка 7 излучения

поступает на полосовой фильтр 11 N-й гармоники. На выходе полосового фильтра II появляетсягармонический сигнал с частотой N-й гармоники и фазовым сдвигом, пропорциональным расстоянию, проходимому ультразвуковой волной от торца АОЯ 4 до светового пучка. Этот фазовый сдвиг содержит целое число га периодов 2ff и дробную часть 1. Фазометр измеряет с погрешностью порядка одной десятой градуса дробную часть Lf , Число целых периодов m может быть определено оператором по длительности единичного импульса на выходе бистабильного элемента путем деления этой длительности на период N-й гармоники и выделения целой части аналогично прототипу. Выполнение неравенства (1) означает, что период N-Й гармоники больше максимальной погрешности определения времени задержки и , что позволяет точно определить число целых периодов m и избежать грубых ошибок.

Угловое положение объекта определяется оператором по формуле V Т . f

р ( 2у).

(2)

где V - скорость ультразвуковой волны в ЛОЯ;

f - фокусное расстояние. Погрешность измерения составляет

величину

V Т dt/

f N 2 г

(3)

10 где /11/- погрешность измерения фазо метра 13.

Формула изобретения

Устройство контроля угловых перемещений по авт.св. № I19)732, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности измерения, оно снабжено первьи и вторьм полосовыми фильтрами, настроенными на частоту N-й гармоники генератора стро- , бирующих импульсов, и фазометром, причем вход первого полосового фильтра подключен к выходу генератора стро- бирующих импульсов, вход второго полосового фильтра подключен к выходу приемника излучения, а выходы полосовых фильтров подключены к фазомет- РУ.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений угловых перемещений путем снижения погрешности, обусловленной ненулевой длительностью фронта стробирующих импульсов. Цель изобретения достигается тем, что световой пучок от источника 1 отражается от зеркала 2, связываемого с объектом, пройдя через объектив 3, акустооптическую ячейку (АОЯ) 4, объектив 5 и диафрагму 6, попадает на приемник 7 излучения. В АОЯ 4 возбуждаются звуковые колебания сигналом от генератора 8, промодулированным модулятором 9. Угловое перемещение пропорционально расстоянию светового пучка от торца АОЯ 4, которое определяется измерением времени распространения колебаний от торца АОЯ 4 до светового пучка. Целое число периодов колебаний, прошедших до светового пучка, измеряется длительностью одного из состояний триггера 10, а дробная часть периода измеряется фазометром 13 по отфильтрованному сигналу. 1 ил.