Устройство для измерения угловых и линейных перемещений вращающегося объекта Советский патент 1993 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к области измерения линейных и угловых перемещений и предназначено для регистрации осевых и радиальных смещений, а также углового ускорения вращающихся объектов.

Целью настоящего изобретения является повышение точности, надежности и чувствительности измерений.

Сущность решения поясняется чертежом, где приведена принципиальная схема устройства.

Устройство состоит из излучателя 1, оптически соединенного с передающим блоком 2, содержащим оптически соединенные телескопическую систему 3, которая включает длиннофокусный элемент 4 и короткофокусный элемент 5, обращенный к излучателю 1, объектив 6. световод 7, объектив 8 и прямоугольную диафрагму 9, маркой 10 и приемными блоками 11, каждый из которых содержит оптически связанные прямоугольную диафрагму 12,объектив 13, световод 14, второй объектив 15, преемник излучения 16, светоделительного элемента 17, установленного между элементами телескопической системы 3, последовательно оптически соединенного с объективом 18 и приемником излучения 19, а также трехканального усилителя 20, электрически последовательно связанного с трехканальным анализатором 21 и блоком регистрации 22, причем выходы приемников излучения 16и 19 электрически связаны с входами трехканального усилителя 20, марка 10 выполнена с двумя отражающими гранями, расположенными друг относительно друга под тупым углом, размер прямоугольной диафрагмы, параллельный ребру при тупом угле марки, равен размеру марки, а в перпендикулярном направлении превышает размер марки, диафрагмы в приемных блоках 11 выполнены прямоугольными, ребра диафрагм расположены параллельно ребрам марки, а размеры равны размерам одной отражающей грани.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от излучателя 1 последовательно проходит через телескопическую систему 3, установленную в передающем блоке 2 для уменьшения угла расходимости излучения, между элементами 4 и 5 которого установлен светоделительный элемент 17, осуществляющий отклонение части излучения от излучателя 1 через объектив 18 на чувствительную площадку приемника излучения 19, вырабатывающего электрический сигнал, пропорциональный изменению мощности излучения, выходящего из излучателя 1, который поступает на вход трехканального усилителя 20 и затем обрабатывается в трехканальном анализаторе 21, через обьектив 6, световод 7, объектив 8 и прямоугольную диафрагму 9 поступает на марку 10, выполненную с двумя отражающими гранями, которые находятся под тупым углом друг к другу и осуществляют пространственное разделение падающего пучка света из два идентичных пучка,каждый из

которых поступает через прямоугольную диафрагму 12, объектив 13, световод 14, второй объектив 15 приемного блока 11 на приемник излучения 16, электрически последовательно связанный с трехканальным

усилителем 20, трехканальным анализатором 21 и блоком регистрации 22. При вращении диагностируемого объекта марки 10 совершает круговое циклическое движение, в результате чего прерываемый оптический

поток, поступающий из передающего блока 2, в момент пересечения марки 10 разделяется на два измерительных потока, отражаясь от зеркальных граней марки, и поступает на входы приемных блоков 11, в

которых происходит регистрация интенсивности световых потоков. Временные интервалы между фронтами приходящих на трехканальный анализатор электрических импульсов, соответствующих пересечению

0 оптического потока маркой 10, характеризуют скорость вращения объекта диагностики, а также угловое ускорение.

Осевые смещения вращающегося объекта приводят к смещению ребра, образо5 ванного двумя отражающими гранями марки 10, из центра опорного пучка света, что соответствует разбалансировке отражаемых маркой измерительных потоков света в двух принимающих блоках и изменению

0 амплитуды электрических импульсов, поступающих с выходов приемников излучения 16, усиливаемых в усилителе 20 и обрабатываемых в трехканальном анализаторе 21, где происходит сравнение амплитуды при5 шедших импульсов и вычисление величины осевого смещения.

Радиальные смещения вращающегося объекта регистрируются по изменению амплитуды электрических сигналов, снимае0 мых с приемников излучения, имеющих один знак, так как прогибные движения объекта вращения приводят к смещениям марки в момент пересечения ею опорного пучка параллельно ребру, образованному отража5 ющими гранями, и не приводят к изменению разности сечений оптических пучков, отра- - женных маркой.

Таким образом, в трехканальном анали- , заторе 21 электрические сигналы, поступающие с выхода усилителя 20, электрически

связанного с приемниками излучения 16, по величине временных интервалов между фронтами импульсов, разности амплитуд сигналов в двух информационных каналах, образованных приемными блоками 11 и усилителем 20, суммарной амплитуде приходящих сигналов, а также с учетом вариаций амплитуды электрического сигнала, снимаемого с выхода приемника излучения 19, несущего информацию об изменении мощности излучателя 1, позволяют осуществлять вычисление угловых и линейных перемещений вращающегося объекта.

Примером оптимального выполнения устройства является случай, когда отражающие грани марки имеют небольшие размеры сторон а, Ь, а источником излучения является лазер. Тогда при осевом смещении объекта Д X на чувствительной площадке приемника излучения освещенность изменится на величину

АЕ

ЕАХ

2а2ь

что при мощности лазерного излучателя 50 мВт, а b 5 мм, А X 1 мкм и малых оптических потерях для фотодиода ФД256 будет соответствовать величине тока А 0 А, превышающей величину темнового тока на несколько порядков. Радиальные смещения типа прогибных колебаний с амплитудой A Y 1 мкм вызовут изменение суммарной величины тока в информационных каналах на Alp А. Угловые смещения объекта, соответствующие изменению скорости вращения объекта при f Т кГц и временном разрешении ФД256 с, можно регистрировать на уровне A f 0,5x10 -6f.

Эффективность предлагаемого устройства по сравнению с известными устройствами обеспечивается значительным повышением надежности, которая становится возможной благодаря использованию световодов, что позволяет выводить основную часть аппаратуры из рабочей зоны объекта диагностики и сводить уровень помех до лабораторных. Это также сказывается на увеличении точности предлагаемого устройства. Кроме того, повышение точности по сраанению с известными устройствами связано с независимостью съема информации по величинам АХ, АУ и Ао, что позволяет с большей чувствительностью проводить измерения по прогибу вала и измерению частоты вращения одновременно. Значительное увеличение чувствительности предлагаемого устройства обеспечивается квадратичной схемой измерений, в которой снимаемый сигнал обратно пропорционален изменению площади

прямоугольной диафрагмы, освещаемой плоскопараллельным пучком излучения, отраженным одной из граней марки. Формула изобретения Устройство для измерения угловых и линейных перемещений вращающегося объекта, содержащее излучатель и оптически связанные двухкомпонентную телескопическую систему, светоделительный элемент оптически связанный с объективом, два последовательно расположенных объектива и прямоугольную диафрагму, и марку, предназначенную для скрепления с объектом, образующие передающий блок, и первый приемный блок, электрически связанный с

системой регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, надежности и чувствительности измерения, оно снабжено вторым приемным блоком, выполненным аналогично первому в виде

оптических связанных прямоугольной диафрагмы, объектива, световода, второго объектива и приемника излучения, марка выполнена с двумя отражающими гранями, расположенными под тупым углом один относительно другой и относительно оптической оси, и оптически связана с приемными блоками размер диафрагмы, параллельной ребру при тупом угле, равен размеру марки, светоделительный элемент установлен между компонентами телескопической системы, система регистрации выполнена в виде трехканального усилителя, каждый из входов которого электрически связан с соответствующим выходом приемников излучения

передающего и приемных блоков, трехканального анализатора, каждый из входов которого злектрически связан с соответствующим выходом усилителя, и блока регистрации, вход которого электрически связан с

выходом анализатора, а устройство снабжено световодами, расположенными между двумя объективами передающего и приемных блоков.

Изобретение относится к измерению линейных и угловых перемещений и предназначено для регистрации осевых и радиальных смещений, а также углового ускорения вращающихся объектов. Цель изобретения - повышение точности, надёжности и чувствительности измерения. Устройство содержит излучатель 1, оптически связанный с передающим блоком 2 в виде оптически соединенных двухкомпонент- ной телескопической системы 3 с элемен-. тами4 и 5, первого объектива 6, соетовода 7, второго объектива 8, прямоугольной диафрагмы 9 и марки 10, оптически связанной с приемными блоками, каждый из которых содержит оптически связанные диаграмму 12, первый объектив 13, световод 14, второй объектив 15, приемник излучения 16, светоделительный элемент 17, усилитель 20, анализатор 21 и блок 22 регистрации. 1 ил.