Устройство для измерения перемещения объекта Советский патент 1991 года по МПК G01B21/00 

О

ел Ч

ю ел XJ

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет определения направления перемещения относительно начального положения и повышение точности измерений за счет уменьшения температурной нестабильности. Источник 1 света формирует поток излучения. Измерительная решетка и индикаторные решетки модулируют поток излучения при перемещении подвижного элемента 2 относительно неподвижного элемента 3. Фотоприемники 18-21 преобразуют модулированный поток излучения в электрический сигнал. На выходе дифференциальных усилителей 22, 23 формируются электрические сигналы, сдвинутые один относительно другого ina 90° . Штрихи начала отсчета, нанесенные на подвижный и неподвижный элементы 2, 3, формируют постоянную составляющую, которая выделяется сумматорами 24,25 и дифференциальным усилителем 26. Сигнал на выходе дифференциального усилителя 26 изменяет знак при смещении подвижного элемента 2 относительно начального положения. Амплитудные детекторы 28,27. сумматор 29, регулятор 30 мощности излучения формируют сигнал управления мощностью излучения источника 1 света, поддерживая неизменной чувствительность устройства. 1 з. п. ф-лы, 4 ил. $0 со С

1% фуг./

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

Цель изобретения - расширение функ- циональных возможностей за счет определения направления перемещения относительно начального положения и повышение точности измерения за счет уменьшения температурной нестабильности.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - расположение штриховых решеток на подвижном и неподвижном элементах (заштрихованы непрозрачные участки); на фиг. 3 и 4 - вре- менные диаграммы сигналов, формируемых на выходах отдельных узлов устройства при перемещении подвижного элемента.

Устройство содержитчэптически связанные источник 1 света, подвижный и непод- вижный элементы 2 и 3, на подвижный элемент 2 нанесена измерительная штриховая решетка 4 и штрихи 5-8 начала отсчета, на неподвижный элемент 3 нанесены четыре индикаторные решетки 9-12, сдвинутые одна относительно другой на четверть периода решетки, и штрихи 13-16 начала отсчета, штрихи 6, 7, 14, 15 начала отсчета и штрихи 5, 8, 13, 16 начала отсчета нанесены попарно симметрично относительно про- дольной оси симметрии измерительной решетки 4, штрихи 6, 14 и 7, 15 начала отсчета смещены на большее расстояние относительно продольной оси симметрии измерительной решетки 4, чем штрихи 5, 13 и 8, 16, оптическую систему 17, фотоприемники 18-21, выполненные в виде единого четырехквадратного фотоприемника, дифференциальные усилители 22 и 23, входы которых подключены соответственно к фо- топриемникам 18 и 21 и фотоприемникам 19 и 20, сумматоры 24, 25, входы которых подключены соответственно к фотоприемникам 18, 21 и 19, 20, усилитель 26, входы которого подключены к выходам суммато- ров 24 и 25, амплитудные детекторы 27 и 28, входы которых подключены соответственно к выходам дифференциальных усилителей 22 и 23, сумматор 29, входы которого подключены к выходам амплитуд- ных детекторов 27 и 28, регулятор 30 мощности излучения, выход которого соединен с источником 1 света, вход регулятора 30 мощности излучения подключен к выходу сумматора 29.

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 света формирует поток излучения, направляемый на подвижный и неподвижный элементы 2 и 3. При перемещении подвижного элемента 2 измерительная и индикаторные штриховые решетки, нанесенные на подвижный и неподвижный элементы 2 и 3, мплулируют поток излучения.

Промодулированный по интенсивности поток излучения переносится оптической системой 17 на фотоприемники 18-21. На выходе фотоприемников 18 и 21, 19. и 20 формируются сигналы, переменные составляющие которых формируются в противофа- зе, за счет пространственного сдвига индикаторных решеток 10 и 11, 9 и 12 на половину периода решетки.

Постоянные составляющие сигналов, формируемые на выходе фотоприемников 18 и 21, 19 и 20, вычитаются дифференциальными усилителями 22 и 23. На выходе дифференциальных усилителей 22 и 23 формируются информационные сигналы, сдвинутые друг относительно друга на 90°, за счет взаимного пространственного сдвига индикаторных решеток 10 и 11 относительно индикаторных решеток 9 и 12 на четверть периода решеток

Сигналы с выходов дифференциальных усилителей 22 и 23 поступают на выход устройства.

Величина постоянных составляющих на выходах фотоприемников 18 и 21. 19 и 20 зависит от смещения штрихов 6. 7 и 5, 8 начала отсчета, нанесенных на подвижный элемент 2 относительно штрихов 14, 15 и 13. 16 начала отсчета, нанесенных на неподвижный элемент 3.

При начальном положении подвижного элемента 2 относительно неподвижного элемента 3 величины постоянных составляющих, снимаемых с фотоприемников 18. 21 и 19,20, равны. Сигналы с фотоприемников 18.-21 и 19, 20 суммируются сумматорами 24 и 25. Сигналы, снимаемые с сумматоров 24 и 25, вычитаются дифференциальным усилителем 26. Сигнал, формируемый на выходе дифференциального усилителя 26, при нахождении подвижного элемента 2 в начальном положении равен нулю.

Переменная составляющая сигналов, снимаемых с фотоприемников 18, 21 и 19, 20, вычитается друг из друга сумматорами 24 и 25, так как переменные составляющие на выходах соответствующих фотоприемников 18, 21 и 19,20 сдвинуты друг относительно другЭ на 180°.

При смещении подвижного элемента 2 относительно неподвижного элемента 3 на выходе дифференциального усилителя 26 формируется сигнал начала отсчета соответствующего знака за счет увеличения или уменьшения пос гоянной составляющей сигналов, снимаемых с фотоприемников 18 и 19, относительно сигналов, снимаемых с фотоприемников 19 и 20.

Темновые токи, величины которых связаны с изменением температуры, не вносят дополнительной погрешности, так, как их суммы, формируемые на выходе сумматоров 24 и 25, вычитаются дифференциальным усилителем 26.

Информационные сигналы, сдвинутые друг относительно друга на 90°, детектируются амплитудными детекторами 28 и 27. Сумматор 29 суммирует сигналы, формируемые амплитудными детекторами 28 и 27 Сигнал, формируемый на выходе сумматора 29, зависит от амплитуды информационных сигналов, снимаемых с выходов дифференциальных усилителей 22 и 23, и не зависит от величины темновых токов фотоприемников 18, 21 и 19, 20, так как указанные темно- вые токи вычитаются дифференциальными усилителями 23 и 25.

Значительное подавление переменных составляющих сигналов, формируемых на выходах дифференциальных усилителей 22 и 23, происходит за счет того, что сигналы, формируемые на выходе амплитудных детекторов 28 и 27, сдвинути друг относительно друга на 180°

Сигнал, пропорциональный мощности потока излучения, формируемого источником 1 света и коэффициентом передачи фотоприемников 18,21 и 19.20, дифференциальных усилителей 22 и 23, амплитудных детекторов 28 и 27 и сумматора 29, поступает с его выхода на управляющий вход регулятора 30 мощности излучения, где сравнивается с опорным сигналом.

Регулятор 30 мощности излучения формирует сигнал управления, поступающий на источник 1 света, поддерживая неизменной чувствительность устройства при изменении температуры.

Использование устройства позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет определения направле- ния перемещения относительно начального положения подвижного элемента и повысить точность измерения за счет уменьшения температурной нестабильности.

Формула изобретения

нанесенным штрихом начала отсчета и из мерительной решеткой, неподвижный элемент с нанесенным штрихом начала отсчета и четырьмя индикаторными решетками, сдвинутыми друг относительно друга на четверть периода решетки, и четыре фотоприемника, два дифференциальных усилителя. входы которых связаны соответственно с первым, четвертым и вторым, третьим фотоприемниками, первый сумматор, входы ко

торого связаны с первым, четвертым фотоприемниками, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения направления перемещения относительно начат,

ного положения, оно снабжено вторым сумматором, входы которого связаны с вто рым и третьим фотоприемниками, третьим дифференциальным усилителем пходы которого подключены к выходам nepnoi и

второго сумматоров, на подвижный и неподвижный элементы нанесены по гри дополнительных штриха начала отсчета, штрихи начала отсчета нанесены попарно симметрично относительно продольной оси симметрии измерительной решетки, первый и четвертый штрихи начала отсчета смещены на большее расстояние относительно про дольной оси симметрии измерительной решетки, чем второй и третий штрихи начала

отсчета, четыре фотоприемника выполнены в виде единого четырехквадратно 0 фотодатчика.

измерений за счет уменьшения температурной нестабильности, оно снабжено двумя амплитудными детекторами, входы которых подключены к выходам первого и второго дифференциальных усилителей третьим

сумматором, входы которого подкпючены к выходам амплитудных детекторов, регулятором мощности излучения, выход которого соединен с источником света, вход регулятора мощности излучения подключен к пыходу третьего сумматора.

/1Л-8 -ИП

цъп. ))

ямЩятк

И

4

TJ I

Й0 1 D

i Т I j-. i

.з

V

. п 1

т

i i

4

TJ I

Ч

D

j-. i

31

г7

Т

L . ... /%

Z.S6IG91

Фиг. 4