Фотоимпульсный измеритель размеров объекта Советский патент 1992 года по МПК G01B21/02 

Изобретение относится к измерительной технике, может использоваться для бесконтактного измерения размеров объектов, например деформации образцов в условиях силового и теплового нагружения и является усовершенствованием устройства по авт. св. Ms 1460615.

Известно устройство для бесконтактного измерения размеров объекта, содержащее оптически связанные осветитель и оптико-электронный датчик, выход которого соединен с устройством обработки.

Недостаток указанного устройства состоит в следующем. Устройство обеспечивает измерения размеров только при формировании на фотоприемнике негативного изображения объекта, что возможно только при его нагреве примерно до 700°С. Однако оно лишено средств получения измерительной информации в условиях циклических изменения температуры объекта в широких пределах, в том числе и выше 700 С, когда на фотоприемнике формируется как негативное, так и позитивное изображение объекта.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является фотоимпульсный измеритель размеров объекта, содержащий оптико-электронный датчик с дискретным фотоэлектрическим преобразователем, генератор опроса, формирователь измерительных импульсов, логический элемент И и счетчик, выход оптико-электронного датчика с дискретным фотоэлектрическим преобразователем подключен к входу формирователя измерительных импульсов, вход- к первому выходу генератора опроса, второй выход которого подключен к первому входу логического элемента И, причем он снабжен логическим ключом с тремя входами и логическим элементом ИЛИ, формирователь измерительных импульсов выполнен с двумя выходами импульсов длительности фронта и выходом импульсов скважности, второй выход логического элемента И подключен к выходу импульсов скважности формирователя измерительных импульсов первый и второй входы логического ключа подключены к соответствующим выходам

(Л

с

CJ

s|

го о ю

го

импульсов длительности фронтов, формирователя измерительных импульсов, генератор опроса выполнен трехчастотным с тремя выходами, причем третий выход генератора опроса подключен к третьему входу логического ключа, выход логического ключа подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента И.

Недостатком известного устройства является низкая достоверность результатов измерений в процессе циклических испытаний обьектов, обусловленная тем, что при изменении температуры нагрева объекта изменяется в широких пределах интенсивность его свечения, которая может быть сравнима с интенсивностью изменения осветителя. Это приводит к увеличению фоновой составляющей видеосигнала и к уменьшению динамического диапазона полезного сигнала.

Цель изобретения - повышение точности в условиях изменяющейся температуры объекта.

Поставленная цель достигается тем, что фотоимпульсный измеритель размеров объекта дополнен последовательно соединенными осветителем, оптически связанным с оптико-электронным датчиком, и блоком автоматического переключения режимов, вход которого подключен к выходу оптико- электронного датчика, последовательно соединенными блоком памяти, первый вход которого подключен к второму входу блока автоматического переключения режимов, а второй вход подключен к выходу счетчика, и сумматором, второй вход которого подключен к выходу счетчика.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг, 2 - графики его работы.

Предлагаемое устройство позволяет реализовать следующий алгоритм обработки.

1. Оптико-электронный преобразователь проецирует изображение объекта, освещаемого осветителем, на дискретный фотоэлектрический преобразователь и до тех пор, пока объект имеет невысокую температуру, практически отсутствует излучение объекта в диапазоне спектральной чувствительности фотоприемника. Форма огибающей видеосигнала определяется интенсивностью излучения осветителя (фиг. 2а, кривая 1). При этом вклад фонового излучения практически отсутствует, т. е. 11ф 0. Это режим работы негатив. На соответствующих выходах формирователя 3 (фиг. 1) формируются прямоугольные импульсы (фиг. 26, в, г), заполняя которые импульсами с частотами fi и iz получают на выходе счетчика 7 цифровой код АН, пропорциональный

длительности информационного видеосигнала tH в режиме негатив.

2. По мере увеличения температуры объекта увеличивается интенсивность его излу5 чения в диапазоне спектральной чувствительности фотоприемника и, соответственно, ее влияние на форму огибающей видеосигнала. При этом возрастает амплитуда фоновой составляющей 1)ф, т. е.

0 , Когда температура объекта возрастает до такого значения, что уровень фона становится 1)ф - Uc/2, блок 10 (фиг. 1) автоматического переключения режима переключает устройство в режим позитив. При

5 этом осветитель 9 выключается, а оптико- электронный датчик проецирует на дискретный фотоприемник изображение светящегося объекта 8. Огибающая видеосигнала в этом случае меняет полярность

0 (фиг. 2а, кривая 2). На соответствующих выходах формирователя 3 (фиг. 1) формируются прямоугольные импульсы (фиг. 2 д, е, ж), заполняя которые импульсами fi и fa, получают на выходе счетчика 7 цифровой код

5 Ап, пропорциональный длительности информационного видеосигнала t,. в режиме позитив.

Условия формирования изображения объекта на дискретный фотоприемник в ре0 жимах негатив и позитив отличаются, что приводит к изменению длительности информационного видеоимпульса при переходе из одного режима в другой, причем . (рис. 2а). Так как , то соответственно

5 при переходе из режима негатив в режим позитив код АН на выходе счетчика 7 (фиг. 2) уменьшается до величины Ап, а разность кодов

АА АН-АП

0 запоминается в блоке памяти 11 и в дальнейшем алгебраически складывается в счет- чике 12 с кодом АП|, полученным в последующих цикгах измерения при режиме работы позитив.

5 3. При снижении гемпературы объекта после его нагрева до выбранной наперед температуры наступает момент, когда иф

ис т

-у-. Тогда осуществляют обратный переход

0 позитив - негатив. Разность кодов счетчика, образуемая в момент обратного перехода позитив - негатив также запоминается в блоке памяти 11 и в дальнейшем алгебраически складывается в сум5 маторе 12 с кодом счетчика 7.

Таким образом, обеспечивается непрерывность получения достоверной измерительной информации при изменении соотношения интенсивностей излучения осветителя и нагретого объекта в процессе циклического изменения его температуры.

Фотоимпульсный измеритель размеров объекта (фиг. 1) содержит оптико-электронный датчик 1 с дискретным фотоэлектрическим преобразователем (не показан), генератор 2 опроса, формирователь 3 измерительных импульсов, логический ключ 4, элемент И 5, элемент ИЛИ 6, выход которого подключен к входу счетчика 7, объект 8, последовательно соединенные осветитель 9, блок 10 автоматического переключения режима, блок 11 памяти и сумматор 12. Выход оптико-электронного датчика 1 подключен к входу формирователя 3 измерительных импульсов и входу блока 10 автоматического переключения режимов, а его вход - к первому выходу генератора 2 опроса, второй выход которого соединен с первым входом логического элемента И 5, а третий - с третьим входом логического ключа 4. Второй вход элемента И 5 подключен к первому выходу формирователя 3 измерительных импульсов, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами логического ключа4. Выходлогиче- ского ключа 4 подключен к первому входу элемента ИЛИ 6, второй вход которого соединен с выходом элемента И 5. Выход счетчика 7 подключен к вторым входам сумматора 12 и блока 11 памяти. Изображение измеряемого объекта 8 проецируется на оптико-электронный датчик 1.

Измеритель работает следующим образом.

Фотоэлектрический преобразователь периодически опрашивается генератором 2 опроса. На выходе датчика 1 периодически формируется видеосигнал, огибающая которого характеризует распределение освещенности в изображении измеряемого объекта 8 на дискретном фотоэлектрическом преобразователе, который входит в состав оптико-электронного датчика 1. В начале испытаний объект 8 имеет температуру окружающей среды. Блок 10 автоматического переключения режима включает осветитель 9 и блокирует выход блока 11 памяти. Форма огибающей видеосигнала для этого случая (режим негатив) показана на фиг. 2а (кривая 1). Формирователь 3 измерительных импульсов преобразует этот видеосигнал, поступающий от датчика 1, в три прямоугольных импульса, последовательно появляющихся на трех выходах формирователя 3 измерительных импульсов и представляющих собой три части измерительного импульса: первую (фиг. 26), пропорциональную длительности переднего фронта видеосигнала (второй выход блока

3); вторую (фиг. 2в), пропорциональную длительности заднего фронта видеосигнала (третий выход блока 3), и третью (фиг. 2г), равную промежутку между первыми двумя

(первый выход блока 3). Первый и второй прямоугольные импульсы (фиг. 2 б, в), поступая на вход логического ключа 4, вызывает его срабатывание, при этом заполняющие импульсы с третьего выхода генератора 2

опроса, имеющие частоту fi, проходят через ключ 4 на вход элемента ИЛИ 6 в виде двух пачек заполняющихся импульсов частотой fi. Третий прямоугольный импульс (фиг. 2г) поступает на вход логического элемента

И 5, на первый вход которого поступают заполняющие импульсы с второго выхода генератора 2 опроса, имеющие частоту f2, вдвое превышающую f|. При этом на выходе элемента И 5 формируется пачка заполняющих импульсов частотой h и длительностью, равной третьему прямоугольному импульсу. Частоты заполняющих импульсов fi и f2 больше частоты опроса дискретного фотоэлектрического преобразователя датчика 1. Элемент ИЛИ 6 суммирует поток заполняющих импульсов всех трех пачек и направляет их на вход счетчика 7. Выходной цифровой код АН счетчика 7 в режиме негатив равен сумме импульсов, заполняющих измерительных импульс, и пропорционален временному интервалу tH (фиг. 2а), следовательно, и ширине измеряемого объекта 8:

1 (tH l+tH2)+f2tH3 f2tM.

Этот код поступает на вторые входы блока 11 (фиг. 1) памяти и сумматора 12. В блоке 11 памяти осуществляется постоянное запоминание разности кодов на выходе счетчика 7, полученных в предыдущих двух

циклах измерения: AA Ai-i-Ai.

Поскольку выход блока 11 памяти блокирован, то код АН с выхода счетчика 7 через сумматор 12 поступает на выход устройства.

По мере нагрева образца увеличивается интенсивность его свечения, что приводит, в свою очередь, к возрастанию фоновой составляющей видеосигнала Уф (фиг. 2а). При превышении уровня 1)ф Uc/2 блок 10 автематического переключения режима выключает осветитель 9 и открывает выход блока 11 памяти, на котором фиксируется разность

ДАН-П АН-АП.

При дальнейшем повышении температуры объекта 8 измерение его размеров осу- ществляется в режиме позитив. Огибающая видеосигнала на выходе датчика 1 в этом случае имеет другую полярность (фиг. 2а, кривая 2). Формирователь 3 измерительных импульсов в режиме позитив также формирует три прямоугольных импульса, представляющих три части измерительного импульса: первую (фиг. 2д), пропорциональную длительности переднего фронта видеосигнала (3-й выход блока 3); вторую (фиг. 2е), пропорциональную длительности заднего фронта видеосигнала (2- й выход блока 3); третью (фиг. 2ж), равную промежутку между первыми двумя (1-й выход блока 3). Выходной цифровой код Ап счетчика 7 в режиме позитив пропорционален временному интервалу tn (фиг, 2а):

(tVtn2)+f2tVf2tn.

При переходе негатив - позитив на выходе блока 11 памяти фиксируется разность

ДАн-п Ан-Ап.

Код ДАн-п поступает на первый вход сумматора 12, на второй вход которого поступает код Ап с выхода счетчика 7. Выходной код сумматора 12 равен

ДАН-П.

При снижении температуры объекта после достижения заданной интенсивность излучения объекта уменьшается. Когда она достигает уровня , блок 10 автома0

5

0

5

0

тического переключения режимов переключает устройство в режим негатив, для чего включает осветитель 9, фиксирует на выходе блока 11 памяти разность ДАп-н Ап-Ан, которая затем учитывается в сумматоре 12. Исследование процессов перехода негатив - позитив и наоборот показывает, что величина ДАн-п( Д Ап-н) достигает 40-60 мкм, поэтому без учета этой разности существенно снижается достоверность результатов измерений в процессе испытаний на термоусталость.

Формула изобретения Фотоимпульсный измеритель размеров объекта по авт. св. N 1460615, отличающийся тем, что, с целью повышения точности в условиях изменяющейся температуры объекта, он снабжен последовательно соединенными осветителем, оптически связанным с оптикоэлектронным датчиком, и блоком автоматического переключения режимов, вход которого подключен к выходу оптикоэлектронного датчика, и последовательно соединенными блоком памяти, первый вход которого подключен к второму выходу блока автоматического переключения режимов, а второй вход подключен к выходу счетчика, и сумматором, второй вход которого подключен к выходу счетчика.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности в условиях изменяющейся температуры объекта - достигается за счет того, что измеритель снабжен осветителем и блоком автоматического переключения режимов, что позволяет в зависимости от температуры объекта формировать либо теневое, либо прямое изображение. 2 ил.