Устройство для измерения перемещения Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

L Ly:лL J

/

15

Заштрихо&аны

прозрачные

участки

y:лL J

/

Фиг 2

/2

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

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет улучшения температурной стабильности контура стабилизации и чувствительности устройства.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - конструктивное выполнение неподвижного и подвижного элементов; на фиг.З - временные диаграммы сигналов, формируемых на выходах отдельных узлов устройства.

Устройство содержит оптически связанные источник 1 света, подвижный элемент 2 с нанесенной измерительной решеткой 3 и двумя протяженными штрихами 4 и 5 начала отсчета, неподвижный элемент 6 с нанесенными индикаторными решетками 7-10, сдвинутыми одна относительно другой на половину периода решетки, на неподвижный элемент 6 нанесены два окна 11 и 12, оптически связанные с двумя протяженными штрихами 4 и 5 начала отсчета, и дополнительное окно 13, ширина дополнительного окна 13 равна периоду штрихов измерительной решетки 3, линзу 14, четырехквадрантный фотоприемник 15 с фоточувствительными площадками 16-19, первый дифференциальный усилитель 20 и первый сумматор 21, входы которых подключены к фоточувствительным площадкам 17 и 18, второй сумматор 22, дифференциальный усилитель 23, входы которых подключены к фоточувствительным площадкам 16 и 19, третий дифференциальный усилитель 24, входы которого подключены к выходам первого 21 и второго 22 сумматоров, регулятор 25 мощности излучения, вход которого подключен к выходу третьего дифференциального усилителя 24, выход регулятора 25 мощности соединен с источником 1 света.

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 света формирует поток излучения, направляемый на подвижный элемент 2. При перемещении подвижного элемента 2 относительно неподвижного элемента 6, на выходе фоточувствительных площадок 17 и 18 четырехквадрантного фотоприемника 15 формируются электрические сигналы, сдвинутые один относительно другого на 180° за счет смещения индикаторных решеток 7 и 8 одна относительно другой на половину периода решетки.

Сигналы с фоточувствительных площадок 17 и 18 поступают на входы первого дифференциального усилителя 20, на выходе которого формируется измерительный сигнал.

Перенос изображения индикаторных решеток 7 и 8 на поверхность фоточувстви- тельных площадок 17 и 18 четырехквадрантного фотоприемника 15 осуществляется линзой 14.

Изображения измерительной решетки

3 строятся на дополнительном окне 13. Одна0 ко при перемещении измерительной решетки

3на выходе фоточувствительных площадок 16 и 19 переменный электрический сигнал не формируется, так как ширина дополнительного окна 13 кратна периоду измерительной

5 решетки 3.

При совмещении протяженных штрихов

4и 5 начала отсчета с окнами 11 и 12 на выходе второго дифференциального усилителя 23 формируется сигнал, знак которого

0 связан со смещением подвижного элемента 2 относительно его среднего положения.

Сигналы, пропорциональные мощности потока излучения, прошедшего через измерительную решетку 3, индикаторные решет5 ки 7 и 8, протяженные штрихи 4 и 5 начала отсчета, окна 11 и 12 и дополнительное окно 13, формируются на выходе первого 21 и второго 22 сумматоров.

Сигнал, формируемый на выходе перво0 го сумматора 21, больше сигнала, формируемого на выходе второго сумматора 22, так как потоки излучения, прошедшие через индикаторные решетки 7 и 8, больше потоков излучения, прошедших окна 11 и 12, дополни5 тельное окно 13, за счет того, что на индикаторные решетки 7 и 8 нанесено несколько периодов.

На выходе третьего дифференциального усилителя 24 формируется сигнал, пропорци0 опальный мощности потока излучения, который поступает на регулятор 25 мощности излучения. Сигнал, формируемый на выходе третьего дифференциального усилителя 24, теоретически не зависит от температуры,

5 так как он не содержит составляющей, пропорциональной величине обратных токов, проходящих через фоточувствительные площадки 16-19,которые вычитаются в третьем дифференциальном усилителе 24.

0Сигнал, снимаемый с регулятора 25

мощности излучения, поступает на источник 1 света, поддерживая неизменной чувствительность устройства.

Использование устройства позволяет по5 высить точность измерения за счет улучшения температурной стабильности контура стабилизации чувствительности устройства. Формула изобретения Устройство для измерения перемещения, содержащее оптически связанные источник света, подвижный элемент с нанесенной измерительной решеткой и двумя протяженными штрихами начала отсчета, расположенными с противоположных сторон измерительной решетки, неподвижный элемент с нанесенными двумя индикаторными решетками, сдвинутыми одна относительно другой на половину периода решетки, на неподвижный элемент нанесены два окна, оптически связанных с двумя протяженными штрихами начала отсчета, четырехквадратный фотоприемник, вторая и третья фоточувствительные площадки которого оптически связаны с индикаторными ре- шетками.а первая и четвертая -с двумя окнами, нанесенными на неподвижный элемент, первый дифференциальный усилитель и первый сумматор, входы которых подключены к второй и третьей фоточувствительным площадкам четырехквадрантного фотоприемника, второй дифференциальный усилитель и второй сумматор, входы которых подключены к первой и четвертой фоточувствительным площадкам четырехквадрантного фотопри0

5

0

5

емника, третий дифференциальный усилитель, регулятор мощности излучения, выход которого соединен с источником света, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет улучшения температурной стабильности контура стабилизации чувствительности устройства, на неподвижный элемент нанесено дополнительное окно,оптически связанное с первой и четвертой фоточувствительными площадками четырехквадрантного фотоприемника, длина окна равна длине штриха измерительной решетки, ширина окна кратна периоду штрихов измерительной решетки, длинная сторона окна параллельна штрихам измерительной решетки, протяженные штрихи начала отсчета нанесены так, что окончание одного протяженного штриха начала отсчета совпадает с началом другого протяженного штриха начала отсчета, входы и выход третьего дифференциального усилителя подключены соответственно к выходам первого и второго сумматоров и входу регулятора мощности излучения.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет улучшения температурной стабильности контура стабилизации чувствительности устройства. Источник света формирует поток излучения, который модулируется по интенсивности измерительной решеткой 3, индикаторными решетками 7-10, протяженными штрихами 4 и 5 начала отсчета, окнами 11-13 при перемещении подвижного элемента 2 относительно неподвижного элемента. С четырех- квадрантного фотоприемника снимаются сигналы. На выходе первого дифференциального усилителя формируется сигнал, связанный с величиной перемещения подвижного элемента 2. На выходе второго дифференциального усилителя формируется двухполярный сигнал, знак которого связан со смещением подвижного элемента 2 относительно среднего положения, На выходе первого и второго сумматоров формируются различные по величине сигналы, пропорциональные мощности потока излучения формируемого источником света. Составляющие, связанные с темновыми токами, вычитаются в третьем дифференциальном усилителе. Регулятор мощности излучения поддерживает неизменной чувствительность устройства. 3 ил. «W fe

|5Г Ч s - УЕ.

U

25

л

UH

Фиа.1

U16

ЛАААЛЛА л

№7

ЧЛААААЛ/

Л Л А

V V

U16

шз

X

V

U21

X

UZ3