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

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения перемещения различных объектов при изменяющейся дальности до объекта.

Ц|гль изобретения - повьшение точности измерений при изменяющейся дальности до объекта.

На чертеже представлена функцио- нальная схема устройства

Устройство содержит зеркально- линзовый отражатель 1, установлен- ньА на объекте, и координатор 2, состоящий из расположенных последо- вательно, вдоль оптической оси плоскопараллельной пластины 3, являющейся компенсатором перемещения, объектива 4, светоделителя 5, фотоприемни- к а 6, расположенного в фокальной

плоскости объектива 4,. разделительной прямоугольной прчзмы 7, расположенной в боковом канале, образованном светоделителем 5, так, что ее ребро находится в фокальной плоскости объе ктива 4, первого 8 и второго 9 излучателей, расположенных на одной оси симметрично относительно катетнмх граней разделительной прямоугольной призмы 7, -нуль-органа 10, вход кото- рого соединен с выходом фотоприемника 6 фазочувствительного детектора 11, информационный вход которого соединен с выходом нуль-органа 10, привода 12, вход которого соединен с выходом.Фазочувствительного детектора 11, а выход - с плоскопараллельной пластиной 3, генератора 13, вьшо ненного в виде источника напряжения синусоидальной формы, первый выход которого соединен с первым излучателем 8 и входом фазосдвигающего элемента 14, а второй выход - с управляемым входом Фазочувствительного детектора 11, выход фазосдвигающего элемента 14 соединен с вторым излуча телем 9, датчика положения ко1«щенса- тора перемещения, оптически связанного с плоскопараллельной пластиной 3 и состоящего из расположенных на одной оси излучателя 15, объектива 16, позиционно-чувствительного фотоприемника 17, являющихся датчиком положения плоскопараллельной пластины 3, и регистратора 18, причем меязду объективом 16 и позиционно- чувствительным фотоприемником 17 расположена плоскопараллельная пластина 3.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 13 формирует сигнал синусоидальной формы, который поступает на первый, излучатель 8 и на вход фазосдвигающего элемента 14. С выхода фазосдвигающего элемента 14 сигнал синусоидальной формы,о

сдвинутый по фазе на четверть периода относительно сигнала с выхода генератора 13, поступает на второй излучатель 9. В фокальной плоскости объектива 4 расположено ребро разделительной прямоугольной призмы 7, грани которой облучаются излучателями 8 и 9. При этом в пространстве перед координатором 2 формируется поток излучения с границей раздела, причем верхняя и нижняя половины потока, излучения промодулированы одной и той же частотой, но имеют различные фазы модуляции интенсивности, сдвинутые одна относительно другой на четверть периода.

Пространственное распределение потока излучения формирует в пространстве перед координатором 2 равносиг- нальную плоскость, являющуюся измерительной, базой. Пучок излучения, вырезанный входным зрачком зеркально-линзового отражателя 1 и отраженный в обратном направл.ении, пройдя через плоскопараллельную пластину 3 и объектив 4, направляется через светоделитель 5 на чувствительную площадку фотоприемника 6. Соотнощение потоков излучения с разной начальной фазой, приходящих на чувствительную площадку фотоприемника 6, зависит от пространственного положения входного ка зеркально-линзового отражателя 1 относительно равносигнальной плоскости, образованной в пространстве оптической системой координатора 2. На чувствительной площадке фртоприем ника 6 происходит преобразование потоков излучения, пришедших на фотоприемник, в результате чего -на выходе фотоприемника 6 формируется электрический сигнал синусоидальнс й формы с той же частотой, что и у. излчателей 8 и 9, но с фазой, промежуточной по отнощению к фазам потоков излучения. Таким образом, фаза сигнала с выхода фoтoпpиe.никa 6 зависит от соотношения мощностей отраженных потоков излучения -с различной начальной фазой, падающих на фотоприемник.

5, 16

а следовательно, и от положения зеркально-линзового отражателя 1 относительно равносигнальной плоскости.

Сигнал с выхода фотоприемника 6 по ступает на нуль-орган 10, с выхода которого сигнал в виде последователь- кости прямоугольных сигналов со скваж вестью два, имеющих постоянную амплитуду, поступает на первый вход фа- зочувствительного детектора 11. На второй вход фазочувствитепьного детектора 11 поступает опорный сигнал с второго выхода генератора 13. Так как амплитуда сигналов, поступающих на: информационный вход фазочувстви- тельного детектора 11 с выхода нуль- органа 10, постоянна, напряжение сигнала на выходе фазочувствитель- ного детектора 11 зависит только от фазы информационного сигнала, т.е. от величины смещения зеркально-линзового отражателя 1 в направлении, перпендикулярном равносигнальной плоскости.

Полярность сигнала на .выходе фазочувствительного детектора 11 зависит от направления смещения зеркально-линзового отражателя 1. Сигнал с выхода фазочувствительного детектора 11 поступает на вход привода 12, управляющего поворотом плос- копараллельно пластины 3„ При этом реализуется нулевой метод измерения. Поворот плоскопараллельной пластины 3 вызывает параллельное смещение линии визирования координатора 2, что приводит к смещению положения оав- носигнальной плоскости до тех пор, пока мощности потоков излучения с разными начальными фазами, отраженные зеркально-линзовым отражателем 1, не станут равными друг другу При этом поворот плоскопараллельной пластины 3 вызывает смещение изображения излучателя 15 на позиционно-чув- ствительном фотоприемнике 17, сигнал с которого обрабатывается регистра- тором 18.

857

В устройстве может быть использован генератор 13, формирующий сигналы треугольной формыо

Использование устройства позволяет; повысить точность измерений при изменяющейся дальности до объекта за счет того, что фаза сигнала, снимаемого с фотоприемника 6, не зависит от дапь0 кости до объекта.

I

Чрормула изобретения

Устройство для измерения переме5 щения объекта, содержащее контрольный элемент в виде зеркально-линзового отражателя, скрепляемый с.объектом, координатор, выполненный в виде последовательно расположенных плоско0 параллельной пластины, объектива, светоделителя, фотоприемника, расположенного в фокальной плоскости объектива, прямоугольной призмы, расположенной в боковом канале, образо5 ванном светоделителем, и двух излучателей, расположенных симметрично относительно катетных граней прямоугольной призмы, блока обработки сигнала, привода, вход которого сое30 динен с выходом блока обработки

сигнала, а выход - с плоскопараллельной пластиной, датчика положения плоскопараллельной пластины, генератора, первый вьтход которого соеди, нен с первым излучателем, а второй выход - с управляющим входом блока обработки сигнала, отличат- ю щ е е с я тем, что, с целью повы- щения точности измерений при изме Q няющейся дальности до объекта, оно снабжено фазосдвигающим элементом, вход ивыход которого подключены соответственно к первому выходу генератора и второму излучателю, нуль,с органом, вход и выход которого подключены соответственно к фотоприемнику и информационному входу блока обработки сигнала, выполненному в виде фазочувствительного детектора.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений при изменяющейся дальности до объекта. Генератор 13 формирует сигнал, поступающий на излучатель 8 и через фазосдвигающий элемент 14 на излучатель 9. Излучатели 8, 9 формируют потоки излучения, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 90°. С помощью призмы 7, светоделителя 5, объектива 4 формируется поток модулированного излучения. При перемещении зеркально-линзового отражателя 1 происходит перераспределение мощности отраженных потоков излучения на фотоприемнике 6. Фазовый сдвиг сигнала, снимаемого с фотоприемника 6, зависит от положения зеркально-линзового отражателя 1. Информационный сигнал формируется нуль-органом 10, фазовый сдвиг которого измеряется фазочувствительным детектором 11. Плоскопараллельной пластиной 3, управляемой приводом 12, осуществляется компенсация смещения отраженного потока излучения. Положение плоскопараллельной пластины 3 измеряется элементами 15, 16, 17 и регистрируется регистратором 18. 1 ил.