Способ измерения диаметра однородного прозрачного волокна Советский патент 1991 года по МПК G01B21/10 

о о со

N СО

о

. Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле диаметра различных прозрачных волокон.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет автоматического выбора поддиапазона измерений и введения поправок в результат измерения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов, формируемых на выходе отдельных узлов устройства.

В табл.1 представлены расчетные значения коэффициентов а, Ь, с в зависимости от поддиапазона измерений.

В табл. 2 - приведены числовые примеры, показывающие величины углового положения строба измерений и его угловой величины в зависимости от предварительно вычисленного ориентированного диаметра волокна и поддиапазона измерения.

Устройство, реализующее способ измерения диаметра однородного прозрачного вволокна, содержит оптически связанные лазер 1, объектив 2, блок 3 сканирования поля рассеяния от измеряемого волокна и фотоприемник 4, узел 5 определения моментов экстремума сигнала, первый блок

6выделения интервала времени, содержащий узел 7 формирования сигнала, первый счетчик 8 импульсов, второй счетчик 9 импульсов и генератор 10, блок 11 вычисления и индикации, датчик 12 положения, блок 13 формирования строба измерения, содержащий первый программируемый формирователь 14 импульса, второй программируемый формирователь 15 импульса, элемент И 16, второй блок 17 выделения интервала времени.

Датчик 12 положения связан с блоком 3 сканирования, выход датчика 12 положения соединен с установочным входом первого счетчика 8 импульсов, установочным входом второго счетчика 9 импульсов, первым входом второго блока 17 выделения интервала времени, управляющим входом первого программируемого формирователя

14импульса и управляющим входом второго программируемого формирователя

15импульса, выход фотоприемника 4 соединен с входом узла 5 определения моментов экстремума сигнала, выход которого соединен с первым входом узла

7формирования сигнала, входом второго счетчика 9 импульсов и первым входом элемента И 16, выход генератора 10 соединен с вторым входом узла 7 формирования сигнала, первым входом первого

программируемого формирователя 14 импульса, первым входом второго программируемого формирователя 15 импульса и вторым входом второго блока 17 выделения интервала времени, выход узла 7 формирования сигнала соединен с входом первого счетчика 8 импульсов, выход которого соединен с первым входом блока 11 вычислений и индикации, второй вход

0 блока 11 вычислений и индикации соединен с выходом второго счетчика 9 импульсов, первый выход блока 11 вычислений и индикации соединен с вторым входом второго программируемого формирователя 15

5 импульса, третий вход которого соединен с выходом первого программируемого формирователя 14 импульса, выход второго программируемого формирователя 15 импульса соединен с вторым входом эле0 мента И 16, выход которого соединен с третьим входом второго блока 17 выделения интервала времени, выход которого соединен с третьим входом блока 11 вычислений и индикации. Измеряется диаметр

5 волокна 18.

Способ реализуется следующим образом.

Монохроматический когерентный пучок света, формируемый лазером 1, на0 правляется на контролируемое волокно 18 перпендикулярно его оптической оси. В плоскости анализа с помощью объектива 2 формируют поле рассеяния от волокна 18. Блок 3 сканирования осуществляет ска5 нирование поля рассеяния от измеряемого волокна, а фотоприемник 4 преобразует распределение освещенности поля рассеяния во временной электрический сигнал.

0 При достижении элементом сканирования, входящим в блок 3 сканирования поля рассеяния, положения, соответствующего углу рассеяния 10°, датчик 12 положения формирует сигнал, который поступает на ус5 тановочные входы первого счетчика 8 импульсов, второго счетчика 9 импульсов, второго блока 17 выделения интервала времени, приводя их в исходное состояние, а также на управляющие входы первого 14 и вто0 рого 15 программируемых формирователей импульсов.

Электрический сигнал, формирующийся на выходе фотоприемника 4, описывает распределение освещенности в регистри5 руемом поле рассеяния от волокна 18. Сигнал с фотоприемника 4 поступает на вход узла 5 определения моментов экстремума сигнала. На выходе узла 5 в моменты экстремума сигнала появляются короткие электрические импульсы, которые поступают на первый вход узла 7 формирования сигнала и на вход второго счетчика 9 импульсов. Узел 7 формирования сигнала формирует интервал времени, соответствующий максимальному числу полупериодов регистрируемой интерференционной картины, который заполняется импульсами высокой частоты, поступающими с выхода генератора 10. Первый счетчик 8 импульсов преобразует количество этих импульсов в позиционный код.

На выходе счетчика 9 формируется кодовая комбинация, соответствующая количеству импульсов на выходе узла 5 определения моментов экстремума в сигнале. Кодовые комбинации с выходов первого 8 и второго 9 счетчиков импульсов поступают на первый и второй соответственно входы блока 11 вычислений и индикации. Используя эти данные, блок 11 вычислений и индикации рассчитывает усредненное значение интервалов времени Дт.Ср, сформированных в узле 7 формирования сигнала. В блоке 11 вычислений и индикации осуществляется вычисление приближенного значения диаметра волокна с помощью выражения

п,к

ОЛР АЬ

где Dnp приближенное значение диаметра волокна;

К - коэффициент пропорциональности;

а) - угловая скорость сканирования дифракционной картины;

AtCp - усредненное значение интервалов времени между минимумами дифракционной картины.

В соответствии с вычисленным усредненным диаметром волокна 18 в блоке 11 вычислений и индикации осуществляются определение поддиапазона измерений и вычисление коэффициентов а, Ь, с, соответствующих вычисленному поддиапазону измерений, а также вычисление начала и окончания строба измерения по выражению

ti, 2

-Ь - b2 - 4а (с - Dnp ± 0.4)

2а

где ц, t2 - моменты начала и окончания строба измерений;

а, Ь, с - коэффициенты, значения которых определяются вычисленным поддиапазоном измерений;

Dnp - вычисленное приближенное значение диаметра волокна 18.

На первом и втором выходах блока 11 вычислений и индикации формируются кодовые комбинации На первом вьСходе блока 11 вычислений и индикации появ- ляется кодовая комбинация, определяющая начало строба измерений, а на втором его выходе - кодовая комбинация, определяющая конец строба измерения В момент появления сигнала на выходе датчика

12 положения во втором подцикле измерений кодовые комбинации с первого и второго выходов блока 11 вычислений и индикации поступают соответственно на входы программируемых формирователей

14 и 15 импульса и записываются в реверсивных счетчиках. С этого момента на реверсивный вход реверсивного счетчика программируемого формирователя 14 импульсов поступают импульсы с выхода

генератора 10. В момент обнуления реверсивного счетчика, соответствующий моменту начала формирования строба измерений, на выходе программируемого формирователя 14 импульса появляется

логический сигнал, который поступает на вход второго программируемого формирователя 15 импульса, на выходе которого подобным образом формируется временной интервал с момента появления

логического сигнала на выходе первого формирователя 14 импульса до момента обнуления реверсивного счетчика в нем.

Данный временной интервал, соответствующий длительности строба измерений,

поступает на второй вход элемента И 16, на первый вход которого поступает сигнал с выхода узла 5 определения моментов экстремума сигнала На выходе элемента И 16 формируется импульс, соответствующий информационному минимуму сигнала, который поступает на вход триггера, входящего в состав второго блока 17 выделения интервала времени, перебрасывая его.

Импульс, формируемый на выходе

триггера, заполняется импульсами высокой частоты, поступающими на вход второго блока 17 выделения интервала времени, количество которых подсчитывается счетчиком. Полученная с выхода второго блока 17 выделения интервала времени кодовая комбинация поступает на третий вход блока 11 вычислений и индикации, где с использованием ранее определенных коэффициентов а, Ь, с и сигнала с выхода блока 17 рассчитывается уточненное значение диаметра контролируемого во локна 18 по выражению

Dyr aa At2 -fb wAt + с,

где а, Ь, с - коэффициенты, хранящиеся в блоке 11 вычислений и индикации;

а) - угловая скорость сканирования дифракционной картины;

At - значение временного интервала, формируемого вторым блоком 17 выделения интервала времени.

Использование предла1аемого способа позволяет повысить точность измерений за счет автоматического выбора поддиапазона измерений и введения поправок в результат измерения.

Формула изобретения 1. Способ измерения диаметра одно- родного прозрачного волокна, заключающийся в том, что направляют на волокно перпендикулярно его оси монохроматический пучок света и получают дифракционную картину, сканируют формируемую дифракционную картину с фиксированного начального угла с одновременным преобразованием распределения интенсивности в дифракционной картине в электрический сигнал, определяют интервалы времени меж- ду минимумами электрического сигнала, по усредненному значению которых вычисляют приближенное значение диаметра волокнах помощью выражения

0Пр

К

wAtcp

где Dnp - приближенное значение диаметра волокна;

К - коэффициент пропорциональности;

(а- угловая скорость сканирования дифракционной картины;

Atcp - усредненное значение интервалов времени между минимумами электрического сигнала,отличающийся тем, что,-с целью повышения точности измерений, перед измерением разбивают диапазон измерения диаметра волокна на ряд поддиапазонов, для каждого поддиапазона измерения вычисляют коэффициенты а, Ь, с параболического уравнения

. i « /

-а г D CVIHH + С, где D - диаметр волокна;

а, Ь, с - коэффициенты, значения которых определяются вычисленным поддиапазоном измерения;

- угловая координата информационного минимума дифракционной картины,

по вычисленному приближенному значению диаметра волокна вычисляют поддиапазон измерения, формируют строб измерения, начало и окончание которого определяют по выражению

t1,2

-Ь - Ур7- 4а (с - Dnp ± 0,4)

2а

15 0 25

0

где ti, т.2 - моменты начала и окончания строба измерения;

Dnp - вычисленное приближенное значение диаметра волокна, измеряют интервал времени от начала сканирования диффракционной картины до момента формирования минимума электрического сигнала, находящегося в стробе измерения, а по измеренному интервалу времени вычисляют уточненный диаметр волокна, используя выражение

At2 +bu)At +c.

где DyT - уточненный диаметр волокна; At- интервал времени от начала сканирования дифракционной картины до момента формирвания электрического сигнала, находящегося) в стробе измерений.

2, Способ по п. 1,отличающийся

тем, что для волокон с диаметром 5-48 мкм сканирование дифракционной картины осуществляют в диапазоне углов 10-30° относительно направления распространения монохроматического пучка света, а коэффициент К устанавливают равным:

,16 при шAtcp : 1,1, ,42 при ujAlcp 1 ,1.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет автоматического выбора поддиапазона измерений и введения поправок в результат измерения. Лазер 1 формирует пучок света, направляемый на прозрачное волокно 18. С помощью объектива 2 формируется дифракционная картина, которая преобразуется в электрический сигнал с помощью блока 3 сканирования и фотоприемника 4. Узел 5 формирует импульсы при прохождении электрического сигнала экстремальных значений. Средний временной интервал между импульсами выделяется блоком 6 выделения интервала времени. Блок 11 вычисления и индикации вычисляет приближенное значение диаметра волокна 18, по вычисленному значению которого определяется поддиапазон измерения и величины коэффициентов "A", "B", "C". В найденном поддиапазоне измерения по сигналу, формируемому датчиком 12 положения, блоком 13 формируется строб измерения. С помощью элемента И 16 и блока 17 формируется измерительный временной интервал. Уточненное значение диаметра волокна 18 вычисляется блоком 11 по выражению, приведенному в формуле изобретения. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 ил.

50

Таблица 1

Таблица 2