Устройство для измерения перемещения диффузно отражающей поверхности объекта Советский патент 1990 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использова- но для бесконтактного измерения величины линейных микроперемещений и амплитуды вибраций участков объектов с диффузно отражающими поверхностями.

Цель изобретения - повышение точ- ности измерения за счет оперативной калибровки коэффициента преобразования устройства.

На чертеже приведена функциональная схема устройства.

Устройство содержит оптический блок 1, выполненный в виде оптически связанных фотоприемника 2, коллимиру- няцего объектива 3, источника 4 света, коллимирующего объектива 5, фокусиру- ющего объектива 6, плоскопараллельной пластины 7, связанной с приводом 8, измерительный блок 9, выполненный в виде усилителя 10, вход которого Подключен к фотоприемнику 2, блока 11 выделения переменной и постоянной Составляющих, вход которого подключен К выходу усилителя 10, динамических запоминающих устройства 12-14, информационный вход динамического запоми- нающего устройства 12 подключен к Первому выходу, а информационные входы динамических запоминающих устройств 13 и 14 подключены к второму выходу блока 11 выделения переменной и постоянной составляющих, генератора 15, выход которого соединен с приводом 8 и управляющим входом динамического запоминающего устройства 14 и инвертора 16, вход которого подклю- пен к генератору 15, выход инвертора 16 соединен с управляющими входами динамических запоминающих устройств 12 и 13, блока 17 вычитания, входы которого подключены к выходам динамических запоминающих устройств 13 и 14, источника 18 опорного напряжения, блока 19 сравнения, входы которого подключены к источнику 18 опорного

5

«;

0

5

о Q

5

напряжения и выходу блока 17 вычитания, блока 20 питания, вход и выход которого подключены соответственно к выходу блока 19 сравнения и источнику 4 света.

Контролируют перемещение диффузно отражающей поверхности 21, совпадающее с направлением оптической оси оптического блока 1, и амплитуду ее колебаний.

Устройство работает следующим образом.

Пучок света от источника 4 света, проходя через коллимирующий объектив 5 и фокусирующий объектив 6, образует на измеряемой поверхности 21 световое пятно. Коллимирующий объектив

5позволяет обеспечить фокусировку светового пятна вблизи фокальной плоскости фокусирующего объектива 6. Если измеряемая поверхность 21 находится вблизи этой плоскости, то фокусирующий объектив 6 формирует из диффузно отраженного измеряемой поверхностью 21 света близкий к параллельному пучок, который направляется через коллимирующий объектив 3 на фотоприемник 2. Изменение положения измеряемой поверхности 21 на оптической оси приводит к изменению угла схождения светового пучка регистрируемого излучения между объективами

6и 3 и, следовательно, к изменению величины падающего на фотоприемник 2 светового потока. Пропорционально этому изменению меняется также и электрический сигнал на выходе фотоприемника 2. Дополнительный коллимирующий объектив 3 позволяет оптически связать фотоприемник 2 с фокусиру,ющим объективом 6 и повысить чувствительность измерения благодаря более полному использованию регистрируемого светового потока.

Электрический сигнал от фотоприемника 2 попадает в измерительный блок

9, где усиливается усилителем 10, и подается на блок 11 выделения переменной и постоянной составляющих сиг- нала, с которого продетектированная переменная составляющая сигнала подается на информационный вход динамического запоминающего устройства 12, а постоянная составляющая сигнала - на информационные входы динамических запоминающих устройств 13 и 14.

Оптический калибр представляет собой прозрачную для излучения источника 4 света плоскопараллельную пластину 7, расположенную таким образом, что в исходном состоянии она исключена из оптической схемы устройства, а при подаче на привод 8 управляющего импульса от генератора 15 устанавливается на оптическую ось между излучателем 4 и коллимирующим объективом 5. При этом изменяется положение фокусировки светового пятна на поверхности 21, что эквивалентно смещению поверхности 21 на известную величину и, соответственно, заданному изменению выходного сигнала, снимаемого с фотоприемника 2.

Управляющий импульс с генератора 15 подается также на управляющие входы динамических запоминающих устройств 12-14, причем на динамические запоминающие устройства 12 и 13 - через инвертор 16. Это приводит к тому, что на время действия оптического калибра динамические запоминающие устройства 12 и 13 переключаются в режим хранения переменной и постоянной составляющих сигнала, динамическое запоминающее устройство 14 - в режим записи измененной на калиброванную величину постоянной составляющей сигнала. В блоке 17 вычитания выделяется разностный сигнал, поступающий с динамических запоминающих устройств 13 и 14, и сравнивается с опорным напряжением источника 18 опорного напряжения в блоке 19 сравнения. Если разность отличается от опорного напряжения, то с блока 19 сравнения на блок 20 питания подается управляющий сигнал, изменяющий напряжение питания источника 4 света. Такая калибровка осуществляется кратковременно и позволяет вести процесс измерения непрерывно.

Сигнал на выходе динамического запоминающего устройства 13 связан с величиной перемещения измеряемого

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

участка поверхности 21, а на ныходе динамического запоминающего ус грой- сгва 12 - с величиной амплитуды вибраций того же участка.

Использование устройства позволяет повысить точность измерения за счет оперативной калибровки коэффициента преобразования.

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещения диффузно отражающей поверхности объекта, содержащее оптически связанные источник света, фокусирующий объектив, фотоприемник, измерительный блок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет оперативной калибровки коэффициента преобразования устройства, оно снабжено первым коллимирующим объективом, установленным между источником света и фокусирующим объективом, диаметр зрачка коллимирую- щего объектива меиыле диаметра зрачка фокусирующего объектива, источник света расположен в фокальной плоскости первого коллимирующего объектива, вторым коллимирующим объективом, установленным меаду фотоприемником и источником света, диаметр зрачка второго коллимирующего объектива равен или больше диаметра зрачка фокусирующего объектива, фотоприемник установлен в фокальной плоскости второго коллимирующего объектива, фотоприемник, второй коллимирующий объектив, источник свегл, первый коллимирующий объектив, фокусирующий объектив расположены на одной оптической оси, при- водом, плоскопараллельной пластиной, связанной с приводом, имеющей возможность периодической установки между источником света и первым коллимирующим объективом, измерительный блок выполнен в виде блока выделения переменной и постоянной составляющих, вход которого связан с фотоприемни- ком, трех динамических запоминающих устройств, информационный вход первого динамического запоминающего устройства подключен к первому выходу, а информационные входы второго и третьего динамических запоминающих устройств - к второму выходу блока выделения переменной и постоянной составляющих, генератора, выход которого соединен с приводом и управляющим входом третьего динамического запо7 1562704. 8

минающего устройства, инвертора, входкоторого подключены к выходам -второ-

которого подключен к генератору, вы-го и третьего запоминающих устройств,

ход инвертора соединен с управляющими источника опорного напряжения, блока

входами первого и второго динамичес-,. сравнения, входы которого подключены

ких запоминающих устройств, выходык источнику опорного напряжения и

которых являются выходами измеритель-выходу блока вычитания, выход блока

ного блока, блока вычитания, входывычитания связан с источникам света.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет оперативной калибровки коэффициента преобразования устройства. Источник 4 света с помощью объективов 5, 6 формирует на диффузно отражающей поверхности 21 световое пятно. Объектив 3 осуществляет построение отраженного светового пятна на фотоприемнике 2. При перемещении диффузно-отражающей поверхности 21 изменяется сигнал, снимаемый с фотоприемника 2. Сигнал выделяется в измерительном блоке 9 с помощью блока 11 выделения переменной и постоянной составляющих. Генератор 15 с помощью привода 8 осуществляет перемещение плоскопараллельной пластины 7, периодически осуществляющей изменение длины хода лучей, что приводит к перефокусировке пятна на диффузно отражающей поверхности 21. Динамически запоминающие устройства 12, 13, 14 с помощью генератора 15 и инвертора 16 осуществляют синхронную обработку сигнала. Калибровочный сигнал выделяется блоком 17 вычитания и с помощью блоков 18, 19, 20 изменяет интенсивность излучения источника 4 света. 1 ил.