Фотоэлектрический датчик радиальных линейных перемещений вращающегося вала Советский патент 1989 года по МПК G01B21/00 

(Л

ния, воспринимаемого фотоприемником 3, модулятором 12, выполненным в виде п-гранной призмы, установленной с воэможностью вращения на пути потока излучения (поперек ему) и кинематически связанной с контролируемым валом, с последующим детектированием в амплитудном детекторе 6. Частота модуляции отслеживается адап10

ся на частоту, в п раз бoльш o часто ты вращения вала, В результате регулирования мощности излучения компенсируется погрешность, вызываемая изменениями внешних условий. Сигнал, пропорциональный радиальным линейным перемещениям вала вдоль оси перпендикулярной оси потока излучения, снимается с низкочастотного

тивным филвтром 5, самонастраивающим- выхода адаптивного фильтра 5, 1 ил.

ся на частоту, в п раз бoльш o частоты вращения вала, В результате регулирования мощности излучения компенсируется погрешность, вызываемая изменениями внешних условий. Сигнал, пропорциональный радиальным линейным перемещениям вала вдоль оси перпендикулярной оси потока излучения, снимается с низкочастотного

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности за счет устранения погрешности, вызываемой неидентичностью внешних условий для двух фотоэлектрических преобразователей и упрощение конструкции за счет наличия в ней только одного фотоэлектрического образователя. Положительный эффект достигается наличием в конструкции только одного фотоэлектрического преобразователя 1. Такое техническое решение становится возможным благодаря регулированию мощности источника 2 излучения, осуществляемому с помощью обратной связи по сигналу, получаемому путем амплитудной модуляции потока излучения, воспринимаемого фотоприемником 3, модулятором 12, выполненным в виде N- гранной призмы, установленной с возможностью вращения на пути потока излучения (поперек ему) и кинематически связанной с контролируемым валом, с последующим детектированием в амплитудном детекторе 6. Частота модуляции отслеживается адаптивным фильтром 5, самонастраивающимся на частоту, в N раз большую частоты вращения вала. В результате регулирования мощности излучения компенсируется погрешность, вызываемая изменениями внешних условий. Сигнал, пропорциональный радиальным линейным перемещениям вала вдоль оси о₁-о₁, перпендикулярной оси потока излучения, снимается с низкочастотного выхода адаптивного фильтра 5. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении для контроля линейных перемещений вращающихся валов в радиальном направлении.

Цель изобретения - повьшение точности за счет устранения погрешности, вызываемой неидентичностью . внешних условий двух фотоэлектрических преобразователей, и упрощение конструкции за счет-наличия в ней только одного фотоэлектрического преобразователя.

На чертеже представлена функционал ная схема .предложенного датчика.

Датчик содержит фотоэлектрический преобразователь 1, состоящий из оптически связанных источника 2 излучения и фотоприемника 3, последовательно соединенные первый усилитель 4, входом подключенный к выходу фотоприемника 3, адаптивный фильтр 5, второй выход которого является выходом датчика, амплитудный детектор 6, суммирую- щий интегратор 7 (интегратор 7), источники 8, 9 опорного напряжения, управляемый делитель 10 напряжения (делитель 10) и второй усилитель 11, выходом подключенный к входу источни- ка 2 излучения, перный и второй источники 8 и 9 опорного напряжения, выходами подключенные к вторым входам соответственно интевратора 7 и делителя 10, и модулятор 12 оптического излучения (модулятор 12), выполненный в вТоде п-гранной призмы, установленной с возможностью вращения вокруг собственной оси на пути потока излучения, воспринимаемого фотоприемником 3, так, что ее ось перпендикулярна оси потока излучения, и кинематически связанной с контролируемым валом. Адаптивный фильтр 5 содержит

0

5

5

д

0 5

0

5

датчик частоты вращения, блок измерения периода вращения и перестраиваемый фильтр (не показаны), имеющий выход полосового фильтра и выход фильтра низкой частоты, являющиеся соответственно.первым и вторым выходами адаптивного фильтра 5,

Датчик линейных перемещений вращающегося вала работает следующим образом.

Поток излучения, создаваемый источником 2 излучения и воспринимаемый фотоприемником 3, перекрывается модулятором 12, перемещающимся в соответствии с радиальными перемещениями контролируемого вращающегося вала, при этом величина составляющей линейного перемещения вала вдоль оси 0(0,, перпендикулярной оси 00 потока излучения, пропорциональна потоку излучения, достигающему фотоприемника 3,

При вращении вала с частотой fg в отсутствие перемещений вдоль оси 0|0| поток излучения модулируется амплитудой, определяемой величиной , где R - радиус окружности, описанной боковым ребром модулятора 12, ah- перпендикуляр, опущенный из центра окружности на боковую грань модулятора. 12, с частотой д, fg-n, где п - число боковых граней модулятора 1 2 о

В результате на выходе фотоприем- ника 3 присутствует электрический сигнал, амплитуда Идд которого определяется постоянной (для данного модулятора 12) величиной Лх и коэффициентом К пропускания среды, в которой распространяется излучение

При наличии соответствующих -линейных перемещений вала вдоль оси 0 0( электрический сигнал на выходе фотоприемника 3 пропорционален величине

51525

этих перемещений (а также зависит от коэффициента К пропускания среды. Изменение этого коэффициента, например вследствие запыленности, может привести к появлению ошибки измерения, для устранения которой осуществляется автоматическое поддержание амплитуды и путем изменения мощности потока излучения о Для этого из сигнала, при- нятого фотоприемником 3 и усиленного первым усилителем 4, оьщеляется с помощью адаптивного фильтра 5, самонастраивающегося на частоту, в п раз большую частоты вращения (в широком диапазоне частот), сигнал U, частотой f,, который детектируется амплитудным детектором 6 и поступает на первый вход суммирующего интегратора 7, на второй вход которого подается сиг- нал с первого источника 8 опорного напряжения„ На выходе интегратора 7 а следовательно, и на выходах управляемого делителя 10 напряжения, второго усилителя )1 (входе источника 2 излучения), выходах фотоприемника 3 первого усилителя А, первом выходе адаптивного фильтра 5, выходе амплитудного детектора 6 и первом входе интегратора 7 сигнал будет изменять- ся до тех пор, пока алгебраическая сумма сигналов на обоих входах интегратора 7 не станет равной нулю„

Таким образом, в результате регулирования мощности излучения источника 2 излучения погрешность, вызываемая

5 o

5

изменениями внешних условий, будет

скомпенсирована.

Формула изобретения

Фотоэлектрический датчик радиальных линейных перемещений вращающегося вала, содержащий фотоэлектрический преобразователь, состоящий из оптически связанных источника излучения и фотоприемника, первый усилитель, вход которого соединен с выходом фотоп1 {ем- ника, амплитудный детектор, источник опорного напряжения, управляемый делн- тель напряжения и второй усилитель, вход которого соединен с выходом управляемого делителя напряжения, а выход - с входом источника излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения конструкции, он снабжен адаптивньн фильтром, вход которого соединен с выходом первого усилителя, .первый выход соединен с входом амплитудного детектора, а второй выхбд является выходом датчика, су тиру1оцим интег- ратвром, первый вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, второй вход соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход - с первьм входом управляемого делителя напряжения, вторьм источником опорного напряжения, выход которого соединен с вторым входом управляемого делителя напряжения, и модулятором оптического излучения, вьтолненным в виде п-гранной призмы, связываемой с валомо