Оптический датчик к устройству для измерения линейных перемещений и вибраций Советский патент 1991 года по МПК G01B11/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для прецизионных измерений линейных перемещений объектов или для контооля параметров вибраций деталей машин и механизмов.

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности.

На фиг. 1 приведен один передающий световод, скрученный вокруг оптической оси на 180°, общий вид; на фиг. 2 - оптическая схема датчика, содержащего три передающих световода; на фиг. 3 - оптическая схема датчика со смещенными передающими световодами вниз на X.

Устройство содержит источник 1 света, согласованный с ним излучающий световод 2, выходной торец которого расположен между входными торцами приемных световодов 3 и 4 в одной с ними плоскости, систему 5 передающих световодов, состоящую

из нечетного числа скрученных на 180° вокруг своей оптической оси регулярных световодов. U-образный световод 6, ось которого совпадает с осью излучающего световода 2 и два фотоприемника 7 и 8, сопряженных с выходными торцами приемных световодов. Четные передающие световоды (9) закреплены неподвижно и их оптическая ось совпадает с оптической осью излучающего 2 и U-образного б световодов Нечетные передающие световоды (10 и 11) установлены с возможностью одновременного перемещения в направлении, перпендикулярном их оптической оси, и связываются с измерительным штоком или объектом.

Рассмотрим работу на примере устройства, система передающих световодов которого состоит из трех элементов. При отсутствии вибрации или при нулевом смещении система передающих световодов находится в нулевом положении, т.е

io

CJ

о ю ел

оптические оси неподвижного 9 и подвижного 10 и 11 световодов совпадают, и свет, ,распространяющийся от источника 1 света по излучающему световоду 2, вследствие симметричности оптической оси световода 2, пройдя поочередно световоды 10, 9, 11,6, 11,9, 10, возвращается на выходной торец световода 2 и не засвечивает входные торцы световодов 3 и 4.

Световые потоки на фотоприемниках 7 и 8 или равны нулю или одинаковы, если происходит краевая засветка приемных световодов вследствие апертуры световодов. При смещении подвижных передающих световодов 10 и 11 вниз от нулевого положения на величину X, соответствующую смещению объекта контроля, устройство работает следующим образом.

Оптические оси световодов 10 и 11 остаются совпадающими между собой и смещены вниз от сительно оптических осей световодов 2, 9 и 6 на величину X вниз. Свет от источника 1 света, пройдя по излучающему световоду 2, достигает его выходного торца. Рассмотрим ход луча, вышедшего из центра торца световода 2. Так как ось световода 10 смещена на величину X вниз относительно оси световода 2, то луч входит в световод 10 выше его оптической оси на величину X и выходит из него, повернувшись на 180° относительно оси световода 10, на расстояние X ниже его оптической оси, а так как она сама смещена на X вниз от оси световода 2, то, пройдя световод 10, луч смещается на 2Х вниз от оси световода 2. С таким же смещением (2Х вниз от оси световода 2) луч входит в световод 9, ось которого совпадает с осью световода 2, и выходит из световода 9, повернувшись относительно его оптической оси на 180°, смещенным на 2Х вверх от оси. В световод 11, смещенный вниз на X, луч входит смещен- шм на ЗХ вверх от оси световода 11г и выходит из него, повернувшись на 180° относительно его оси на расстоянии ЗХ ниже оптической оси световода 11, а так как она сама смещена на X вниз от оси световода 2, то, пройдя световод 11, луч смещается на 4Х вниз от оси световода 2. Луч, войдя в световод б смещенным на 4Х вниз от его оси, проходит его и, разворачиваясь, выводит на расстоянии 4Х вверх от оси световода 6 и от совпадающей с ней оси световода 2. Таким образом, в световод 11 луч оходит смещенным на 5Х вверх от его оси, поворачиваясь вокруг этой оси на 180°, выходит из световода 11 со смещением 5Х вниз от оси световода 11 и со смещением 6Х вниз от оси световода 2. Пройдя световод 9, ось которого совпадает с осью световода 2, луч выходит на 6Х вверх от оси световодов 9 и 2. Проходя световод 10, луч поворачивается на 180° вокруг его оптической оси, и выходит из него смещенным на 7Х вниз от этой оси

и на 8Х вниз от оси световода 2. Соответственно зона засветки на торцах световодов 2-4, центром которой является рассмотренный луч, также смещается на 8Х вниз и при равномерной освещенности по зоне засвет0 ки световой поток, воспринятый световодом 4, пропорционален 8Х. Этот световой поток проходит по световоду 4 и регистрируется фотоприемником 8.

Таким образом, по сравнению с прото5 типом, получено четырехкратное увеличение чувствительности. При смещении подвижных светбводов 10 и 11 вверх от положения равновесия устройство работает аналогично, но световой поток, пропорцио0 нальный 8Х, воспринимается световодом 3 и регистрируется фотоприемником 7.

Так как на каждом подвижном световоде при прямом и обратном прохождениях луча накапливается смещение зоны засвет5 ки равное 4Х, то при прохождении системы из любого нечетного числа п передающих световодов суммарное смещение зоны засветки определяется как (п+1).

Использование системы передающих

0 регулярных световодов позволяет увеличить оптический ход луча, что дает возможность увеличить воздействие измеряемого перемещения на траекторию движения луча. Чередование подвижных и неподвижных

5 регулярных световодов скрученных вокруг своей оптической оси на 180°, позволяет накапливать смещение хода луча, образуемое при переходе его через стык торцов световодов. Поскольку система передаю0 щих световодов находится между неподвижными излучающими и U-образным сьеговодами, то для обеспечения чередования подвижных и неподвижных элементов система должна содержать нечетное число

5 элементов и подвижными должны быть нечетные, Перекос передающих световодов в данном датчике не влияет на смещение хода луча вследствие того, что передающий световод выполнен скрученным на 180° вокруг

0 своей оптической оси. При этом основные элементы датчика (излучающий, приемные, U-образный и неподвижные передающие световоды) закреплены неподвижно и могут быть точно отъюстированы при сборке пре5 образователя. Изменение зазоров между подвижными и неподвижными световодами не оказывает влияния на точность измерений, поскольку суммарный зазор между всеми торцами световодов остается постоянным.

В связи с этим применение предлагаемого датчика обеспечивает высокую чувст- вительность и точность измерений параметров вибраций и линейных перемещений различных объектов.

Формула изобретения Оптический датчик к устройству для измерения линейных перемещений и вибраций, содержащий оптически связанные и расположенные на одной оси световодный приемно-передающий узел и отражатель, выполненный в виде регулярного световода

U-образной формы, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности, он снабжен нечетным числомрегулярныхсветоводов, ориентированных так, что торцы каждого них уложены в линейку и скручены вокруг оптической оси световодов на 180°, и размещенных между световодным приемно-пере- дающим узлом и отражателем на одной оптической оси с ними, а нечетные из регулярных световодов предназначены для связи с контролируемым объектом.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений и контроля параметров вибрации Целью изобретенияявляетсяповышение чувствительности и точности. Свет от источника 1 попадает в систему 5, состоящую из нечетного числа регулярных световодов 9, 10, 11, торцы которых уложены в линейку и скручены на 180° относительно оси световодов Пройдя через систему 5, свет отражается от регулярного световода 6 U- образной формы и вновь, проходя через систему 5, попадает на фотоприемники 7 и 8. При смещении обьекта нечетные регулярные световоды 10 и 11, связанные с обьек- том, смещаются, что приводит к изменению сигналов на фотоприемниках. 3 ил. у Ё

-®гг|

10 д

Фиг. 2

J 2

Sgtei

Фиг.1

/