Оптико-электронное устройство для определения линейных смещений объекта Советский патент 1991 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для определения линейных смещений объектов в поперечном направлении в машиностроении, строительстве и других, отраслях техники.

Целью изобретения является повышение точности чл счет устранения случайной составляющей погрешности, обусловленной амплитудно-временной нестабильностью источника излучения.

На фиг. 1 предет лплена функциональная схема vciроиства; на фиг.2 временная диаграмма, иллюстрирующая работу устройства.

Устройство содержит (фиг.1) импульсный источник 1 оптического излучения, расположенные по ходу излучения светоделитель 2, светофильтр 3 и оптическую линию 4 задержки, установленные соответственно в основном и боковом каналах светоделителя 2, двугранную призму 5, оптически связанную через соответствующие грани с выходами светофильтра 3 и оптической линии 4 эадер ки, объектив 6, при этом ребро призмы 5, общей для ее входных граней, находится нл фокусном расстоянии от плоскости объектива 6 и ортогонально оптической оси источника 1 излучения и оптической оси объектива 6, и фотоприемник 7, усилитель 8, вход которого соединен с выходом фотоприемника 7, и блок выделения сигнала рассогласования (на фиг. 1 не обозначен), образованный первым и вторым элементами 9 и 10 выборки-хранения и синхронизатором 11, входы которых соединены с выходом усилителя 8, и вычитате- лем 12, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов 9 и 10 выборки-хранения, управляю- входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами синхронизатора 11, третий выход которого соединен с третьим входом вычитателяу выход которого является выходом устройства.

Оптическая линия 4 задержки выполнена в виде волоконного световода длина которого не меньше произведения длительности импульса источника 1 излучения на скорость света в материале световода, а светофильтр 3 выполнен с коэффициентом пропускания, равным коэффициенту пропускания оптической линии 4 задержки.

Устройство работает следующим образом.

Импульс 11 (фиг. 2) длительностью Т1, формируемый источником 1 излучения (фиг. 1), проходя через светоделитель 2, разделяется на две части. Одна из частей оптического пучка, проходя по основному каналу светоделителя 2 через светофильтр 3, попадает на одну из граней призмы 5, другая по боковому каналу светодели

5

0

5

0

5

0

5

0

5

теля 2 через оптическую линию 4 задержки - на другую грань призмы 5, претерпевая задержку длительностью ТЗ. Объектив 6 формирует на фоточувствительной поверхности фотоприемника 7 изображение призмы 5, грани которой освещаются излучением источника 1 излучения. Поскольку соблюдено условие , на выходе фотоприемника 7 формируются два электрических импульса 12 и 13 (фиг. 2). Длительность задержки Т2 определяется временем распространения света от призмы 5 (фиг. 1) до фоточувствительной поверхности фотоприемника 7. Амплитуды импульсов 12 и 13 (фиг. 2) пропорциональны величинам потоков излучения от соответствующих граней призмы 5 (фиг. 1). Следовательно, разность DF (фиг. 2) амплитуд импульсов 12 и 13 соответствует величине смещения (в поперечном направлении) фотоприем гикл 7 (фиг.1), жестко связанного с объектом (на фиг.1 не показан), соси объекти- ва 6. Сигналы усиливаются усилителем 8. По фронту первого импульса синхронизатор 11 с учетом соответствующей задержки переводит первый элемент 9 выборки-хранения в режим хранения. Аналогичным образом по фронту второго импульса переключается второй элемент 10 выборки-хранения. После дополнительной задержки, необходимой для завершения переходных процессов, синхронизатор 11 вырабатывает разрешающий сигнал для вычитателя 12, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный разности амплитуд, величина которого линейно связана с линейным смещением объекта.

Таким образом, освещение обеих граней призмы 5 излучением от одного и того же источника 1 излучения позволяет устранить случайную составляющую погрешности, связанной с флук- туациями яркости свечения источника 1 излучения, вследствие тепловых процессов и других дестабилизирующих факторов, при этом разделения импульсов, соответствующих излучению в разных полуплоскостях, осуществляется путем их разделения во времени с помощью оптической линии 4 задержки, установленной в боковом канале светоделителя 2.

Формула изобретения 1. Оптико-электронное устройство для определения линейных смещении

516

объекта, содержащее импульсным источник оптического излучения, расположенные по ходу излучения двугранную призму, объектив и фотоприемник, ребро двугранной призмы расположено таким образом, что находится на фокусном расстоянии от плогкости объектива и ортогонально оптической оси источника излучения и оптической оси объ- ектива, и блок выделения сигнала рассогласования, вход которого соединен с выходом фотоприемника, отличающееся тем, что с целью повышения точности, оно снабжено све- тоделителем, установленным между источником излучения и призмой, светофильтром и оптической линией задержки с , где ТЗ - время задержки линии, Т1 - длительность импульса источника, установленными между све96

тоделителем и призмой соответственно в основном и боковом каналах свето- делителя, блок выделения сигнала рассогласования выполнен в ииде двух элементов выборки-хранения и синхронизатора, входы которых объединены и являются входом блока, и вычитателя, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов выборки-хранения, управляйте входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами синхронизатора, третий., выход которого соединен с третьим входом вычитателя, выход которого является выходом устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оптическая линия задержки выполнена в виде волоконного световода.

Фиг.1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности за счет устранения случайной составляющей погрешности, обусловленной амплитудно-временной нестабильностью источника излучения. Поток излучения от импульсного источника 1 излучения разделяется светоделителем 2 на две части, каждая из которых приходит на соответствующую грань дпухгранной призмы 5, установленной п фокусе объектива 6, ребро которой ортогонально оптической оси источника 1 и оптической оси объектива 6. В плоскости фотоприемника 7 формируется изображение этого ребра. Разделение сигналов, соответствующих потокам излучения, воспринимаемым одной и другой входными гранями призмы 5, осуществляется путем задержки сигнала, распространяющегося в одном из каналов светоделитапя 2 с помощью оптической линии 4 задержки. Смещение фотоприемника 7, связанного с объектом, в поперечном направлении относительно оси объектива 6 определяется по сигналу рассогласования амплитуд (импульсных) сигналов с выхода фотопрнемника 7, соответствующих потокам излучения от двух входных граней призмы 5, линейно связанному с величиной поперечного смещения. Положительный эффект достигается в результа- те освещения обеих граней призмы 5 излучением от одного и того же источника 1 излучения, что компенсирует случайную составляюрг/ю погрешности от временной нестабильности яркости свечения источника 1 излучения и обеспечивает таким образом повышение точ- ности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ъ (Л