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

s

(Г

Изобретение относится к контрольной измерительной технике. Цель изобретения - расширение диапазона измерений за счет обеспечения измерения временных задержек акустического сигнала на величины, превышающие период колебаний опорного сигнала . Устройство содержит оптически связанные источник 1 светового пучка, акустооптическую ячейку 2 и фотоприемник 3, генератор 5 несущей частоты, выход которого подключен к входу ячейки 2, и свипгенератор 6. Фаза сигнала с фотоприемника 3 зависит от смещения пучка от источника 1 относительно торца ячейки 2. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СЛ

00

Изобретение относится к контроль- но-измерительной технике и может быть использовано для измерения смещений объектов.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений за счет обеспечения измерения временных задержек акустического сигнала на величины, привышающие период колебания опорного сигнала.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство состоит из оптически связанных источника 1 светового пучка, акустооптической ячейки 2 и фотоприемника 3, фазометра 4, первый выход которого подключен к выходу фото- приемника 3, генератора 5 несущей частоты, выход которого подключен к входу ячейки 2, свип-генератора 6, выход которого подключен к модуляционному входу генератора 5, блока 7 сравнения фаз, входы которого подключены к выходу фотоприемника 3 и к выходу свип- енератора 6 соответственно, регистрирующего блока 8, информационный вход которого подключен к выходу фазометра 4, а вход команды записи - к выходу сигнала конца перестройки частоты свип-генератора 6, и счетчика 9, информационный вход которого подключен к выходу блока 7, а вход сброса - к выходу сигнала начала перестройки частоты свип-генератора 6.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 5 генерирует синусоидальные колебания частотой SI, промоду- лированные по амплитуде сигналом частотоЮГ от свип-генератора 6, изменяющейся в пределах Я, SI ®-Ј

В результате на ячейку 2 поступает амплитудно-модулированный сигнал и в ячейке 2 возбуждается ультразвуковая волна вида

10

15

х - координата

вдолв распространенияультразвуков вой волны.

Пройдя расстояние от входного торца ячейки 2 до светового пучка от источника 1, равное х0 , волна приобретает временную задержку и вступает во взаимодействие со световым пучком. В результате часть светового пучка отклоняется в дифракционный максимум и попадает на фотоприемник 3, который детектирует световой сигнал и подает на первый вход фазометра 4 задержанный во времени сигнал с частотной свип-генератора 6.

20

25

U

вых

cos (nt - Кх).

На второй вход фазометра 4 подается опорный сигнал от генератора 6.

U

on

cos fit.

30

Фазовый сдвиг между этими сигналами составляет величину

л. v

ф Кх х0--- ,

линейно связанную с расстоянием хс,

При работе в широком диапазоне измерений величин х 0 фазовый сдвиг может содержать несколько целых пе- 35 риодов фазы, равной 21Г

ф 21TN +Ц ,

40

45

где N - целое число периодов;

If - дробная часть. Фазометр 4 измеряет только дробную часть if. В процессе перестройки частоты генератора 6 от SI до 51 полный фазовый сдвиг изменяется на величину

хоу-

За время перестройки частоты гене- Jратора 6 от SI, ДО Я4фазовый сдвиг

f(x,t) - 1 4-cos()cos(wt-Kx), 50 сигналов на входах фазометра 4 проходит N периодов 2 и . При этом блок 7 выдает N импульсов на счетчик 9. В в

где К

Я.

V

к -И. к v

V волновые числа огибающего и несущего колебаний; скорость ультразвуковой волны;

55

результате в счетчике 9 записывается число.

В момент окончания перестройки, когда частота генератора 6 принимает значение $1 в регистрирующий блок 8 из фазометра 4 вводится дробная часть фазового сдвига на частоте Ј1

х - координата

вдолв распространенияультразвуков вой волны.

Пройдя расстояние от входного торца ячейки 2 до светового пучка от источника 1, равное х0 , волна приобретает временную задержку и вступает во взаимодействие со световым пучком. В результате часть светового пучка отклоняется в дифракционный максимум и попадает на фотоприемник 3, который детектирует световой сигнал и подает на первый вход фазометра 4 задержанный во времени сигнал с частотной свип-генератора 6.

20

U

вых

cos (nt - Кх).

На второй вход фазометра 4 подается опорный сигнал от генератора 6.

25

U

on

cos fit.

Фазовый сдвиг между этими сигналами составляет величину

л. v

ф Кх х0--- ,

линейно связанную с расстоянием хс,

При работе в широком диапазоне измерений величин х 0 фазовый сдвиг может содержать несколько целых пе- риодов фазы, равной 21Г

ф 21TN +Ц ,

сигналов на входах фазометра 4 проходит N периодов 2 и . При этом блок 7 выдает N импульсов на счетчик 9. В в

результате в счетчике 9 записывается число.

В момент окончания перестройки, когда частота генератора 6 принимает значение $1 в регистрирующий блок 8 из фазометра 4 вводится дробная часть фазового сдвига на частоте Ј1

Формула изобретения

измерений, оно снабжено блоком срав- 20 свип-генератора.

нения фаз, входы которого подключены к выходам фотоприемника и генератора опорных колебаний соответственно, и счетчиком, вход которого f подключен к выходу блока сравнения фаз, а генератор опорных колебаний

выполнен перестраиваемым.

i

2. Устройство по п.1, отлит чающееся тем, что генератор опорных колебаний выполнен в виде свип-генератора, счетчик выполнен с входом сброса, подключенным к выходу синхроимпульсов начала изменения частоты свии-генератора, а регистрирующий блок выполнен с входом команды записи, подключенным к выходу синхроимпульсов конца изменения частоты