Способ определения линейных перемещений объектов с плоской зеркально-отражающей поверхностью Советский патент 1992 года по МПК G01N21/55 

(Л

С

Использование контрольно-измерительная техника, волоконно-оптические измерительные системы для бесконтактных измерений различных физических величин например давления, температуры, смещения, ускорения и др Сущность изобретения измеряют сигналы отраженного излучения с помощью волоконно-оптических датчиков, а расходимость излучения, направляемого в центральный световод, уменьшают на величину в - в0 2 ЈМакс, где РМЭКГ максималь- но возможное угловое отклонение отражающей поверхности в числовая апертура центрального и периферийного световодов, во - расходимость излучения, направляемого в центральный световод 1 ил

Изобретение относится к способам измерений в контрольно-измерительной тех- нике и может быть использовано в волоконно-оптических измерительных системах для бесконтактных измерений различных физических величии, например давления, температуры линейных перемещений, ускорения и др

Известен способ определения линейных перемещений объектов с плоской зеркально-отражающей поверхностью, заключающийся в том что направляют излучение от источника на центральный световод волоконно-оптического датчика отражения перпендикулярно зеркально-отражающей поверхности, регистрируют отраженный световой поток, прошедший через отводящий световод, а о линейных перемещениях судят по величине нормированного отраженного сигнала 1

Наиболее близким техническим решением является способ определения линейных перемещений объекта с плоской зеркально-отражающей поверхностью, заключающийся в том. что направляют излучение источника на центральный световод волоконно-оптического датчика отражения перпендикулярно зеркально-отражающей поверхности, регистрируют суммарный поток отраженного излучения, прошедший через периферийные световоды, размещенные симметрично относительно центрального световода 2

Недостатком известного способа является низкая точность измерений, обусловленная чувствительностью датчика к случайным угловым перемещениям зеркально-отражающей поверхности Причины, снижающие точность измерении, заключаются в изменении интенсивности

-ч XJ

ND

СА) 00

света с выходных торцов центрального и периферийного световодов.

Цель изобретения - повышение точно- сгм измерений за счет исключения чувствительности датчика к случайным угловым перемещениям зеркально-отражающей поверхности.

На чертеже представлено устойство, иллюстрирующее способ определения линейных перемещений.

Устройство содержит центральный световод 1 с разветвителем, два отводящих волоконных световода 2,3, расположенные симметрично относительно центрального световода 1, причем торцы световодов 1-3, обращенные к отражающей поверхности 4, лежат в одной плоскости. Кроме того, устройство содержит фотоприемники 5-7, оптически связанные с волок оннымм световодами 1 - 3 соответственно, блок измерения полусуммы сигналов, электрически связанный с фотоприемниками 6 и 7, блок 9 формирования отношения сигналов, к. которому подключены блок 8 и фотоприемник 5, коллимационное устройство 10, расположенное между источником света 11 и центральным волоконным световодом 1. Волоконные световоды 1-3 имеют одинаковый апертурный угол в, коллимационное устройство имеет апертуруый угол во, связанный с ЕМЭКС соотношением

0 - 0о 2 Емакс,

где Ј макс - максимально возможное угловое отклонение отражающей поверхности от заданного исходного положения.

Сформированный коллимационным устройством 10 пучок света от источника 11 через подводящий торец центрального световода 1 направляют на отражающую поверхность 4. При расстоянии Z от поверхности 4 до торцовых поверхностей световодов 1 -3, равном нулю, отраженный от поверхности 4 пучок света полностью возвращается в центральный световод 1. По мере возрастания Z отраженный от поверхности 4 пучок света распределяется по трем световодам 1 - 3.

При повороте отражающей поверхности 4 на угол f образующая конуса отраженного светового пучка отклоняется от своего первоначального положения на угол 2е. Это означает, что если на отражающую поверхность 4 падает конус лучей, образующая которого с нормалью к этой поверхности составляет угол 0о 0-2к. при наличии угловых перемещений образующая отраженного конуса лучей составляет с нормалью к торцовой грани световода угол

01 00+2Ј 0-2Е+2Е 0.

что исключает вынужденные потери интенсивности света на поглощение в оболочке счетовода 1.

Одновременно при угловых перемещеииях поверхности 4 площадь освещенных торцовых граней световодов 2 и 3 изменяется с противоположным знаком. При угловых перемещениях против часовой стрелки происходят уменьшение, интенсивности света

на выходе световода 2 и увеличение на выходе световода 3. При малых 8 неидентичность площадей освещенных торцовых граней световодов 2 и 3 компенсируется в блоке 8, осуществляющем суммирование

сигналов с выхода блоков 6 и 7.

О линейных перемещениях объекта судят по отношению зарегистрированных потоков излучения с периферийных и центрального световодов.

Таким образом, при формировании отношения сигналов в блоке 9 указанным выше способом исключаются две основные составляющие погрешности определения линейных перемещений объекта, что существенно повышает точность измерений.

35

Формула изобретения

Способ определения линейных перемещений объектов с плоской зеркально-отражающей поверхностью, заключающийся в том, что направляют излучение источника

на центральный световод волоконно-оптического датчика отражения перпендикулярно зеркально отражающей поверхности, регистрируют суммарный поток отраженного излучения, прошедший через периферийные световоды, размещенные симметрично относительно центрального, отличающийся тем, что с целью повышения точности за счет исключения чувствительности датчика отражения к случайным угловым

перемещениям зеркально отражающей поверхности, уменьшают расходимость излучения 00, направляемого в центральный световод, на величину удвоенного максимально возможного углового отклонения

датчика 2 к. определяемую из соотношения 0 - 00 2 к, где 0 - числовая апертура центрального и периферийного световодов, до- полнительно регистрируют поток отраженного излучения, прошедший через

центральный световод, а о линейном пере- гистрированных потоков излучения с пери- мещении объекта судят по отношению заре- ферийных и центрального световодов.

2

1

,

3

-so: