Устройство для измерения импульсных перемещений Советский патент 1990 года по МПК G01B21/00 

1(21)4467624/24-28

(22)29.07.88

(46) 07.05.90. Бкш. № 17

(71)Московский институт электронного машиностроения

(72)Ю.И.Гудков, Е.А.Зак, В.В.Зиновьев и М.Ю.Смирнов

(53)531.7 (088.8)

(56) Зак Е.Н., Кравченко Н.П. Фотоэлектрические измерительные преобразо- ватели с разветвленными световодами. Обзор. - Зарубежная радиоэлектроника, 1980, № 7, с.55.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

(57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности за счет устранения дрейфа коэффициента преобразования. Принцип действия устройства основан на измерении перемещений объекта с помощью оптического датчика, реализованного в виде волоконно-оптического преобразователя (ВОП)$ образованного источником 8 излучения и фотоприемником 1, оптически связанными между собой разветвленным световодом. Дрейф коэффициента преобразования ВОП, обусловленный изменениями температуры окружающей среды, условий светопропускас SS

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности за счет устранения дрейфа коэффициента преобразования. Принцип действия устройства основан на измерении перемещений объекта с помощью оптического датчика, реализованного в виде волоконно-оптического преобразователя (ВОП), образованного источником 8 излучения и фотоприемником 1, оптически связанными между собой разветвленным световодом. Дрейф коэффициента преобразования ВОП, обусловленный изменениями температуры окружающей среды, условий светопропускания в промежутке между торцом световода и поверхностью фотоприемника, закрепленного на последуемом объекте, и другими дестабилизирующими факторами, приводящими к вариации потока излучения и, как следствие, к изменению отклика ВОП, может быть скомпенсирован соответствующим изменением светового потока источника 8 излучения. Однако при многократных ударных воздействиях начальное положение границы оптической неоднородности (границы исследуемого объекта) меняется после каждого удара, что вносит значительные погрешности в результат измерения и указанная компенсация дрейфа становится малоэффективной. Положительный эффект достигается в устройстве путем разделения в блоке 2 переменной и постоянной составляющих информационного сигнала с выхода фотоприемника 1 на постоянную (но меняющую свое значение после каждого удара) и переменную составляющие. Последняя используется для блокирования процесса компенсации дрейфа на время ударного импульса. Постоянная составляющая используется для компенсации дрейфа коэффициента преобразования ВОП с помощью регулирования мощности источника 8 излучения, питаемого от управляемого источника 7 тока. 3 ил.

(Л

с

ел о Ю ч

о &

ния в промежутке между торцом световода и поверхностью фотоприемника 1, закрепленного на последуемом объекте, и другими дестабилизирующими фактора- ми, приводящими к вариации потока излучения и, как следствие, к изменению отклика ВОП, может быть скомпенсирован соответствующим изменением светового потока источника 8 излучения. Однако при многократных ударных воз- |действиях начальное положение грани- ;цы оптической неоднородности (границы исследуемого объекта) меняется после каждого удрра, что вносит значитель- ные погрешности в результат измерения и указанная компенсация дрейфа станоИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения импульсных перемещений при исследованиях объектов на многократные ударные воздействия.

Целью изобретения является повышение точности за счет устранения дрейфа коэффициента преобразования. На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - функция преобразования; на фиг.З - диаграмма работы устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные фотоприемник 1, блок 2 разделения переменной и постоянной составляющих5 блок 3 выборки-хранения, первый компаратор 4, реверсивный счетчик 5, цифроаналоговый преобразователь 6 (ЦДЛ 6)5 управляемый источник 7 тока и источник 8 излучения, разветвленный световод (не показан), через который оптически связаны источник 8 излучения и фотоприемник 1, последовательно соединенные блок 9 опорного напряжения, второй компаратор 10, одновибратор 11 с регулируемой задержкой и элемент ИЛИ 12, выход которого соединен с управляющим входом блока 3 выборки- хранения и с входом разрешения счета реверсивного счетчика 5, генератор 13 импульсов, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика 5, блок 14 начальной установки, первый выход которого соединен с входом занесения-информации реверсивного счетчика 5, а второй

вится малоэффективной. Положительный эффект достигается в устройстве путем разделения в Опоке 2 п временной и постоянной составляющих 1ьформационного сигнала с выхода фогопжемника 1 на постоянную (но меняющу э свое значение после каждого удара) и переменную составляющие. Последняя используется для блокирования проце :са компенсации дрейфа на время ударного импульса. Постоянная составляющая используется для компенсации дрейфа коэффициента преобразования ВОП с помощью регулирования мощности источника 8 излучения, питаемого от упразляемого источника 7 тока. 3 ил.

выход соединен с вторым входом элемента ИЛИ 12, и регистратор 15, вход которого соединен с вторым выходом

блока 2 разделения, первый и второй выходы блока 2 разделения соединены также с вторыми входами соответственно первого 4 и второго 10 компараторов.

Блок 2 разделения переменной и постоянной составляющих может быть выполнен, например, в виде двух фильтров - низкочастотного ис высокочастотного, блок 14 начальной установки в виде набора переключателей или кно- пок, количество которых зависит от (разрядности реверсивного счетчика 5, источник 8 излучения - в виде группы инфракрасных светодиодэв.

Дрейф коэффициента лреобразования возникает при изменение температуры окружающей среды, ее светопропускания в промежутке между торцом световода и поверхностью, а такжг в результате

воздействия других факторов, приводящих к вариации потока излучения. Преобразование перемещения в общем случае осуществляется (фиг.2) вблизи рабочей точки 15,в которой достигается

,наибольшая крутизна и гинейность. При воздействии указан -шх выше факторов изменится коэ фициент преобразования, и отклик золоконно-опти- ческого преобразовател i (ВОП) при том же начальном положении границы оптической неоднородности тримет другое значение (точка 16). Ссомпенсировать погрешность можно изме шнием излучения (в данном случае е ло уменьшением)

5156

таким образом, чтобы функция преобра зования II совместилась с функцией преобразования I (фиг.2), так как мощность светового потока входит линейным сомножителем в функцию преобразования ВОП.

Однако при многократных ударных воздействиях начальное положение границы оптической неоднородности (гра- ницы исследуемого образца) изменяется практически после каждого удара. Т.е. если до удара образец находился в положении а, то после удара он будет находиться в положении в. Так как изменение начального положения образца эквивалентно действию на информационный сигнал U (выходной сигнал фото- приемника 1) указанных дестабилизирующих факторов, то изменением величины потока излучения (источника 8 излучения) величина информационного сигнала U, (точка 17, фиг.2) может быть уменьшена до значения U0 (точка 18, фиг.2), что приведет в результате к уменьшению коэффициента преобразования относительно номинального

Устройство работает следующим образом

Перед началом измерений устанавливается оптимальный зазор между торцом световода и объектом, на котором закреплен фотоприемник 1. С помощью блока 14 начальной установки в реверПри ударном воздействии перем ная составляющая сигнала выделяе на выходе блока 2 разделения пос ной и переменной составляющих и ступает на регистратор 15, а так на второй вход второго компарато 10. При превышении уровня, посту ющего на второй вход второго ком тора 10 с блока 9 опорного напря ния, второй компаратор 10 срабат ет и запускает одновибратор 11 с

сивный счетчик 5 заносится код, соот- 35 гулируемой задержкой на время Т

ветствующий такому напряжению на выходе ЦАП 6 (а следовательно, тока источника 8 излучения), при котором достигается номинальный коэффициент преобразования устройства. При этом управляющий сигнал (логическая 1) с элемента ИЛИ 12 запрещает счет реверсивного счетчика 5 и переводит блок 3 выборки-хранения в режим выборки.

После настройки на втором (управляющем) выходе блока 14 начальной установки формируется уровень логического О, и устройство переходит в режим стабилизации. В блоке 3 выборки-хранения фиксируется уровень постоянной составляющей, пропорциональный положению объекта относительно торца световода, а также разрешается работа реверсивного счетчика 5 в счетном режиме. Направление счета зависит от состояния первого компаратора 4.

40

45

(фиг.З). При это.-i уровень логиче 1 с выхода одновибратора 11 чер элемент ИЛИ 12 запрещает работу р версивного счетчика 5 в счетном р жиме и переводит блок 3 выборки-х нения в режим выборки. Таким обра на время ударного импульса регули ка поток-а излучения запрещается с целью исключения дополнительной п грешности, связанной с влиянием ц пи стабилизации.

50

Через время Т, когда объект ве нется в начальное положение относ тельно торца световода, на выходе одновибратора 11 появляется урове логического О, который разрешае работу реверсивного счетчика 5, а -с блок 3 выборки-хранения вновь пер ходит в режим хранения, но уже но го значения постоянной составляющ пропорционального положению объек после окончания ударного воздейст

Q

5

0

5

0

При уменьшении постоянной состав-,, ляющей сигнала относительно зафиксированного в блоке 3 выборки-храпения значения режим работы реверсивного счетчика 5 - прямой счет. В результате уровень сигнала на выходе ПАП 6 увеличивается, что, в свою очередь, приводит к увеличению потока от источника 8 излучения и, как следствие, к компенсации влияния дестабилизирующего фактора. При превышении постоянной составляющей уровня сигнала с выхода блока 3 выборки-хранения реверсивный счетчик 5 переходит в режим обратного счета, что ведет к уменьшению потока излучения и соответственно к уменьшению выходного сигнала. Таким образом, величина постоянной составляющей поддерживается на фиксированном уровне, что обеспечивает стабильность коэффициента преобразования.

При ударном воздействии переменная составляющая сигнала выделяется на выходе блока 2 разделения постоянной и переменной составляющих и поступает на регистратор 15, а также на второй вход второго компаратора 10. При превышении уровня, поступающего на второй вход второго компаратора 10 с блока 9 опорного напряжения, второй компаратор 10 срабатывает и запускает одновибратор 11 с ре5 гулируемой задержкой на время Т

(фиг.З). При это.-i уровень логической 1 с выхода одновибратора 11 через элемент ИЛИ 12 запрещает работу реверсивного счетчика 5 в счетном режиме и переводит блок 3 выборки-хранения в режим выборки. Таким образом, на время ударного импульса регулировка поток-а излучения запрещается с целью исключения дополнительной погрешности, связанной с влиянием цепи стабилизации.

Через время Т, когда объект вернется в начальное положение относительно торца световода, на выходе одновибратора 11 появляется уровень логического О, который разрешает работу реверсивного счетчика 5, а блок 3 выборки-хранения вновь переходит в режим хранения, но уже нового значения постоянной составляющей, пропорционального положению объекта после окончания ударного воздействия.

Формула изббретения

Устройство для измерения импульсных перемещений, содержащее источник излучения, разветвленный световод, фотоприемник и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет устранения дрейфа коэффицента преобразования, ойо снабжено последовательно соеди- ,ненными блоком разделения переменной и постоянной составляющих, блоком выборки-хранения, первым компаратором, реверсивным счетчиком, цифроана- логовым преобразователем и управляемым источником тока, выход которого соединен с входом источника излучения, последовательно соединенными блоком опорного напряжения, вторым

компаратором, одновибратором с регулируемой задержкой и элементом ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом блока выборки-хранения и входом разрешения счета реверсивного счетчика, блоком начальной установки, первый выход которого соединен с входом занесения информации реверсивного счетчика, а второй выход соединен с вторым входом элемента ИШ, и генератором импульсов, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, вход блока разлеления переменной и постоянной составляющих соединен с выходом фотоприсмника, первый выход соединен также с вторым входом первого компаратора, а второй выход соединен с вторым иходом второго компаратора и входом регистратора.

Фиг.г

Редактор Г.Гербер

Составитель О.Смирнов Техред м. Ход анич

Заказ 1055

Тираж 483

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Фиг.З

Корректор в.Кабаций

Подписное