Устройство для измерения угловой скорости объекта Советский патент 1991 года по МПК G01P3/36 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может найти применение в автоматических устройствах приборостроения, машиностроения, станкостроения для измерения угловой скорости вращающихся деталей.

Целью изобретения является повышение точности.

На чертеже изображено устройство, общий вид.

Устройство для измерения угловой скорости объекта состоит из источника 1 монохроматического поляризованного света, механически связанного с валом исследуемой машины растрового диска 2 с чередующимися прозрачными и непрозрачными участками, неподвижной дифракционной щели 3, объектива 4, прозрачного экрана 5, точечных диафрагм 6 и 7, фотоприемников 8 и 9, коммутатора 10, измерителя 11. Ширина дифракционной щели 3 равна ширине проON00

ю ю со

00

зрачного участка на растровом диске 2, Дифракционная щель 3 установлена на пути распространения света после растрового диска 2 на расстоянии h от него. После щели 3 размещен объектив 4, который проецирует изображение дифракционной картины на экран 5. Точечные диафрагмы 6 и 7 установлены в области К-го экстремума справа и слева относительно оси, проходящей через дифракционную щель 3 в направлении распространения света. За точечными диафрагмами установлены фотоприемники 8 и 9. Коммутатор 10 осуществляет управление прохождением сигнала с фотоприемников 8 и 9 на измеритель 11 таким образом, что в каждый момент времени на измеритель 1И проходят сигналы только от одного фотоприемника,

При этом в каждый момент времени в работе задействован фотоприемник, считывающий информацию с наиболее информативного плеча дифракционной картины.

В качестве фотоприемника, коммутатора и измерителя возможно применение любых известных устройств, удовлетворяющих технологическим требованиям конкретного процесса измерения.

Устройство работает следующим образом.

При вращении растрового диска 2 происходит периодическое изменение ширины прозрачного промежутка, образованного неподвижной дифракционной щелью 3 и прозрачным участком на диске 2 в направлении распространения света. Он изменяется от to до 0 и обратно от 0 до to.

Изменение ширины этого промежутка приводит к изменению координат экстремумов дифракционной картины: приуменьшении промежутка она расширяется, а при увеличении промежутка сжимается. На выходе фотоприемников 8 и 9 наблюдается гармонический сигнал, частота которого прямо пропорциональна угловой скорости вращения исследуемой детали.

Если диск совершает N оборотов за секунду, то угловая скорость диска

W ,. Л N .

Если диск разделен на прозрачные и непрозрачные промежутки, тогда угловую скорость можно определить из уравнения

Поскольку прозрачный промежуток диска освещается .монохроматическим поляризованным пучком света, то при его совмещении с отверстием дифракционной щели за ней наблюдается дифракционная картина, координаты минимумов которой описываются уравнением

10

2t0sin ун- hsln2 р ± 2 А К 0 ,

где to - ширина прозрачного промежутка диска или дифракционной щели;

h - расстояние между диском и дифракционной щелью;

угол между направлением распространения света и направлением на К-й минимум;

А- длина волны света;

К - число минимумов, укладывающихся

в пределах угла при совмещении прозрачного промежутка диска и дифракционной щели.

При движении прозрачного диска относительно щели суммарный прозрачный промежуток вначале увеличивается от 0 до to, a затем уменьшается от to до 0, а это значит, что в пределах угла (р в зависимости от текущего значения размера суммарного прозрачного промежутка укладывается разное

число экстремумов от 1 до К. Значит при движении диска за время перемещения одного прозрачного промежутка относительно дифракционной щели произойдет 2К экстремальных изменений дифракционной

картины в точке наблюдения, расположенной под углом р.

Тогда угловую скорость вращения диска можно определить из уравнения

ш 2 лМ

п2К

л:М пК

где М m -2К - число зарегистрированных экстремумов за время измерения. Следо- вательно точность измерения увеличивается в 2К раз. Число К выбирается произвольно в зависимости от выбранного угла наблюдения р, который определяется из выражения

/1;

, /to+Yto+2-A-K-h ч р - ± arcsin f --гj .

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и позволяет повысить точность измерений угловой скорости вращающихся деталей. Монохроматический поляризованный свет от источника 1 пропускают через вращающийся растровый диск (РД) 2 и направляют на неподвижную дифракционную щель (ДЩ) 3, ширина которой равна ширине прозрачного участка на РД 2. ДЩ 3 расположена за РД 2 в направлении распространения света. С помощью объектива 4 на экране 5 получают дифракционную картину. При совмещенном положении прозрачного промежутка РД 2 и ДЩ 3 слева и справа от оси симметрии дифракционной картины отсчитывают целое число экстремумом и измеряют в этих точках число экстремальных изменений дифракционной картины. При увеличении размера суммарного прозрачного промежутка от прозрачного промежутка РД 2 и ДЩ 3 используют левую часть дифракционной картины, а при уменьшении этого размера - правую часть дифракционной картины, что позволяет использовать наиболее информативные плечи дифракционной картины на выходе фотоприемников 8 и 9, установленных в области К-го экстремума дифракционной картины. Наблюдается гармонический сигнал, частота которого пропорциональна угловой скорости вращения исследуемой детали. 1 ил. (Л С

и)

2 Лт п

где m - количество зарегистрированных за время измерения прозрачных промежутков.

Формула изобретения

Устройство для измерения угловой скорости объекта, содержащее источник монохроматического поляризованного света с длиной волны А, установленный на оптической оси, два фотоприемника, соединенных

со схемой обработки, и растровый диск с прозрачными участками, выполненный с возможностью закрепления на объекте и расположенный между источником света и фотоприемниками, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено перегородкой с щелью и объективом, последовательно установленными на оптической оси между растровым диском и фотоприемниками, ширина щели равна ширине прозрачного участка растрового диска, а фотоприемники расположены симметрично относительно оптической оси на прямых, пересекающих оптическую ось в главной точке объектива под углом р, который определен выражением

, / to +Yto +2 А К h р - ± arcsln ( --L-5-jjJ

где to - ширина прозрачного промежутка 10 диска и щели;

h - расстояние между диском и щелью; К - целое число.