Оптический датчик перемещения с фазовым выходом Советский патент 1991 года по МПК G01B21/00 

вдеД

о

Јь

V|

NJ

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещения объектов.

Цель изобретения - повышение надеж- ности и точности измерений за счет обеспр- чения возможности контроля работоспособности и масштабирования регистрирующего прибора в процессе измерений.

На чертеже приведена блок-схема датчика.

Оптический датчик перемещения с фазовым выходом содержит последовательно соединенные источник 1 переменного на- пряжения и излучатель 2 светового потока, фотоприемник 3 отраженного сигнала, оптически связанный сгизлучателем 2 светового потока, последовательно соединенные фотоприемник 4 опорного сигнала, фазов- ращатепь 5, масштабирующее звено 6, сумматор и регистрирующий прибор 8, второй вход сумматора 7 соединен с выходом фотоприемника 3 отраженного сигнала, последовательно соединенные модулятор 9 светового потока, электронный коммутационный элемент 10 и контрольный источник 11 излучения, последовательно соединенные контрольный фотоприемник 12, оптически связанный с контрольным источником 11 излучения, формирователь 13 управляющих сигналов, контрольный электронный ключ 14 и эталонную фазосдвигающую цепь 15, рабочий электронный ключ 16, первый вход которого соединен с вторым выходом формирователя 13 управляющих сигналов, второй вход соединен с вторым входом контрольного электронного ключа 14 и выходом источника 1 переменного напряжения, а выход - с выходом эталонной фазосдвигаю- щей цепи 15 и вторым входом регистрирующего прибора 8, кнопку 17 Котроль, соединенную с входом контрольного источника 11 излучения.

Оптический датчик перемещения с фа- зовым выходом работает следующим образом.

Однофазный источник 1 синусоидального напряжения низкой частоты осуществляет амплитудную модуляцию светового потока источника 2 излучения светового потока, и модулированный световой поток падает на фотоприемник 4 опорного сигнала и на отражающую поверхность объекта 18 контроля, от которой отраженный световой поток попадает на фотоприемник 3 отраженного сигнала. На выходах фотоприемников опорного 4 и отраженного 3 сигналов формируются синусоидальные сигналы Ооп и Uorp(X) с частотой источника 1 модулирующего напряжения Ll, сдвинутые по

фазе друг относительно друга на 180° за счет питания фотоприемников напряжением постоянного тока разной полярности. Путем подбора элементов фазовращателя 5 фаза сигнала Uon сдвигается относительно сигнала Uorp(X) на угол чр более 90°, но менее 180°, и синусоидальный согнал Don поступает через масштабирующее звено 6 на один из входов сумматора 7, а на второй вход сумматора 7 поступает синусоидальный сигнал Uorp(X). На сумматоре 7 происходит геометрическое сложение синусоидальных сигналов Uoip(X) и Uon, на выходе сумматора 7 формируется суммарный сигнал U Ј. фаза которого изменяется

вследствие изменения по амплитуде отраженного сигнала и0тр(Х) в функции измеряемого перемещения.

Линейность выходной характеристики датчика обеспечивается выбором необходимого угла сдвига фаз между сигналами Uon и и0тр(Х)с помощью подборных элементов фазовращателя 5 и изменением с помощью масштабирующего звена 6 амплитуды сигнала Uon таким образом, чтоUon

бы отношение сигналов

было равиотр (X)

но 1 в точке баланса Хб, расположенной в конце диапазона измерения.

При измерении перемещений в рабочем режиме модулятор 9 отключен от контрольного источника 11 излучения. При этом световой поток источником 11 излучения не излучается и контрольный фотоприемник 12 имеет большое внутреннее сопротивление. В результате этого резистор R3 формирователя 13 не шунтируется внутренним сопротивлением фотоприемника 12 и с общей точки резисторов R2 и R3 сигнал в виде напряжения высокого уровня проходит через повторитель формирователя 13, и на его втором выходе появляется сигнал УПР 1.

Сигнал УПР 1 с второго выхода формирователя 13 поступает на первый вход рабочего ключа 16 и открывает его, а сигнал УПР 2 с выхода элемента НЕ формирователя 13, поступающий на первый вход контрольного ключа 14, отсутствует и контрольный ключ 14 закрыт.

Переменное напряжение U-vC выхода источника 1 напряжения поступает через открытый рабочий ключ 16 на второй вход регистрирующего прибора 8, а суммарное напряжение U Ј с выхода сумматора 7 поступает на первый вход регистрирующего прибора 8, который регистрирует ичмйн

ние фазы суммарного сигнала U j; в функции перемещения р f(X).

При замыкании кнопки 17 Контроль на контрольный источник 11 излучения подается постоянное напряжение U-. и источник 11 излучает световой поток, который попадает на контрольный фотоприемник 12, и внутреннее сопротивление фотоприемника 12 резко уменьшается.

В результате этого резистор R3 формирователя 13 шунтируется малым внутренним сопротивлением фотоприемника 12, и с общей точки резисторов R2, R3 сигнал в виде постоянного напряжения низкого уровня проходит через элемент НЕ формирователя 13 и на его первом выходе появляется сигнал УПР 2. Сигнал УПР 2 с. выхода элемента НЕ формирователя 14 поступает на первый вход контрольного ключа 14 и открывает его, а сигнал УПР 1 с выхода повторителя формирователя 13, поступающий на первый вход рабочего ключа 16, отсутствует и рабочий ключ 16 закрыт. Переменное напряжение выхода источника 1 напряжения через открытый контрольный ключ 14 поступает на вход эталонной фазосдвигающей цепи 15, с выхода которой напряжение поступает на второй вход регистрирующего прибора 8, а суммарное напряженней Ј с выхода сумматора 7 поступает на первый вход регистрирующего прибора 8, Эталонная фазосдвигающая цепь 15 обеспечивает приращение фазы напряжения величину Л# эталон, которая заранее известна, а регистрирующий прмбор 8 регистрирует приращение угла сдвига фаз между напряжениямиУ Ј и U- на величину

А эталон относительно угла сдвига фаз между напряжением U Ј и Цц,, зарегистрированного на приборе 8 до замыкания контактов кнопки 17.

В динамическом режиме контроль осуществляется при разомкнутой кнопке 17 Контроль, после включения питания модулятора 9, вырабатывающего непрерывную последовательность прямоугольных импульсов, периодически открывающих и закрывающих электронный коммутационный элемент 10, через который периодически на источник 11 излучения подается постоянное напряжение U-.

При этом контрольный источник 11 излучения работает в импульсном режиме излучения светового потока с периодом следования импульсов светового потока,

равным периоду импульсов, вырабатываемых модулятором 9.

В течение одной половины периода импульсов с выхода модулятора 9 нз регистрирующем приборе 8 регистрируется

информация об измеряемом перемещении, а в течение второй половины периода импульсов на приборе 8 регистрируется информация о исправном состоянии датчика. Таким образом, на регистрирующем

приборе автоматически фиксируется информация о измеряемом перемещении и о исправном состоянии датчика.

Формула изобретения

Оптический датчик перемещения с фазовым выходом, содержащий последовательно соединенные источник переменного напряжения и излучатель светового потока, фотоприемник отраженного сигнала, оптически связанный с излучателем светового потока, последовательно соединенные фотоприемник опорного сигнала, оптически связанный с излучателем светового потока, фазовращатель, масштабирующее звено и

сумматор, второй вход которого соединен с выходом фотоприемника отраженного сигнала, регистрирующий прибор, первый вход которого соединен с выходом сумматора, отличающийся тем, что, с целью

повышения надежности и точности измерений, он снабжен последовательно соединенными модулятором светового потока, электронным коммутационным элементом и контрольным источником излучения, последовательно соединенными контрольным фотоприемником, оптически связанным с контрольным источником излучения, формирователем управляющих сигналов, контрольным электронным ключом и эталонной

фазосдвигающей целью, рабочим электронным ключом, первый вход которого соединен с вторым выходом формирователя управляющих сигналов, второй вход соединен с вторым входом контрольного электронного ключа и выходом источника переменного напряжения, выход соединен с выходом эталонной фазосдвигающей цепи и вторым входом регистрирующего прибора и кнопкой Контроль, соединенной с входом контрольного источника излучения.

Изобретение относится ч контролэко- измерительной технике. Целью изобретения является повышение надежности и точности измерений за счет обеспечения возможности контроля работоспособности и масштабирования регистрирующего прибора в процессе измерения. Оптический датчик перемещений с фазовым выходом содержит источник 1 напряжения, сигнат с выхода которого подается излучателю 2 светового потока, оптически связанному с фотоприемчиками 3, 4 отраженного и опорного сигналов. Сигнал с выхода фотоприемника 4 отраженного сигнала через фазовращатель 5 и масштабирующее звено 6 поступает на первый вход сумматора 7, на второй вход которого поступает сигнал с выхода фотоприемника 3 отраженного сигнала. С выхода сумматора 7 суммарный сигнал, фаза которого пропорциональна перемещению, поступает на первый вход регистрирующего прибора 8, на второй вход которого в рабочем режиме через рабочий ключ 16 поступает непосредственно напряжение с выхода источника 1 напряжения, а в контрольном режиме через контрольный ключ 14 и фазосдвигающую цепь 15 поступает напряжение с выхода источника 1 напряжения, сдвинутое по фазе на постоянную, заданную величину, по которой можно проверить правильность и осуществить масштабирование регистрирующего прибора 8, 1 ил.