Способ и устройство преобразования измерительной информации Советский патент 1980 года по МПК G01B19/46 

(54) СПОСОБ И устройство ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

измЕРИйльной инфрргладии Изобретение относится к инфО1рма ционно-измерительной технике, а имен но к вьвделению и преобразованию изме рительной информации в системах с пространств енно-временной модуляцией Известен способ преобразования информацнги в модуляционных лазерных интерферометрах, заключ-ающийся в пре образовании ампли;гуд гармоник в аналотовые сигналы, преобразуемые далее в электроннолучевой трубке в yrjioвое положение светящейся точкиТИ Основной недостаток известного cnocoQg. - невозможность автоматизации съема информации с экрана эдектроннолучевой трубки простыми cpjeACT вамя, . , . , . -. Наиболее близким к предлагаемому является способ преобразования инфор мации в системах с пространственновременной модуляцией, заключающийся в том, что из сйожно-модулированного сигнала на выходе системы выделяют ортогональные по измеряемому парамет ру гармонические составляющие и по ним определяют сдвиг фазы, информацио ного сигнала относительно опорного 2. V Известно устройство, для осуществления способа йреобразбвания измерительной информации, содер жатдае оптико-электронный измерительный преобразователь, блок выделения ортогональHfcix по измеряемому параметру гармонических составляю1аи5 / соединенный входом с выходом ойтико-электронного измерительного иреобразов.ателя, источник модулирз щегр напряжения, соединённый выходом с одним :з входов оптико-электронного измерительного преобразователя, фазойз1«1ерительный блок, соединенный .одним из входов с выходом источника модулирующего напряжения, и блок регистрация.фазы, соединенный входом с выходом фазоизмерительного блока 2. Недостатками известного способа и устройства для его осуществления являются нелинейность характеристики преобразования, невысокая точность и низкая помехоустойчивость, так как всё преобразования и измерения производятся 3 основном с амплитудным спектром сигналов. Цель изобретения - повышение точности и линейности преобразования измерительной информации.

. Поставленная цель достигается ем, что в известном способе один з ортогональных по измеряемому параетру .гармонических сигналов функионально преобразуют во времени, уммируют преобразованный сигигш с другим ортогональным по измеряемому араметру гармоническим сигналом, роизводят сравнение фазы суммдрного напряжения с фазой модулирующего апряжения и по их разности судят б измеряемой информации.

Кроме того, функциональное преобразование во времени одного из ртогональных по измеряемому параметру гармонических сигналов осущесч вляют путем сдвига его фазы на 90. Устройство снабжено функциональнь1М преобразователем во времени одного из ортогональных по измеряемому параметру гармонических сигналов, соединенным входом с одним из выходов блока выделения ортогональных по измеряемому параметру гармони-ческих -составляющих, и сумматор зм, соединенным входами с выходом функционального преобразователя и втopы выходом блока выделения ортогональных по измеряемому параметру гармонических составляющих, а выходом со вторым входом фазоизмерительного блока.

Дополнительно блок выделения ортогональных по измеряемому параметру гармонических составляющих выполнен в виде схемы, состоящей из узла пространственного Е азделения сложно-модулированного сигнала на ортогональные по измеряемому параметру гармонические составляюьше, соединенного входом с выходом оптикоэлектронного измерительного преобразователя, двух фотоприемников, установленных на выходах узла пространственного разделения сложно-модулированного сигнала на ортогональные по измеряемому параметру гармонические составляющие, и двух избирательных усилителей первой гармоники, каждый из которых соединен входом с выходом соответствующего фотоприемника, а выходом, соответственно,.со входом сумматора и со входом функционального преобразователя; выходом подключенного ко второму входу сумматора.

Блок выделения ортогональных по измеряемому параметру га змонических составляющих выполнен в виде схекы, состоящей из фотоприемника, уставов ; Яенного на выходе оптико-электронно го измерительного преобразователя, избирательного усилителя второй гар МОНИКИ, соединенного входом с выходом фотоприемника, а выходом с одним из входов сумматора, избирательного усилителя первой гармоники, соединенного, входом с выходом фотоприемника, удвоителя частоты, соединанного входом с выходом избирательного усилителя первой.гармоники, а выходом со входом функционального преобразователя, а фазоизмерительный блок аа входе, соединенном с выходом сумматора, содержит делитель частоты.

Функциональный преобразователь во времени одного из ортогональных по измеряемому параметру гармонических сигналов выполнен в виде квадратурного фазовращателя, соединенного входом с вьаходом блока выделения ортогональных по измеряемому параметру гармонических составляющих, а выходо с одним из входов сумматора.

На фиг. 1 приведена схема устройсва для ос тцествления способа преобразования измерительной информации; на фиг. 2 - вариант схемы блока пространственного выделения ортогональных по измеряемому параметру гармонических составляющих; на фиг.3вариант схемы блока спектрального выделения ортогональных по измеряемому параметру гармонических сортавляющих. .

Устройство (фиг. 1) для осуществления способа преобразования измерительной информации содержит оптикоэлектронный измерительный преобразователь 1, блок 2 выделения ортогональных по измеряемому параметру гармонических составляющих, источник 3 Модулируюшёго напряжения, функций нальный преобразователь 4 во времени, одного из ортогональных по измеряемому параметру гармонических сигналов, сумматор 5, фазойзмерительный блок б и блок 7 регистрации фазы.

При 31тЪм блок 2 выделения ортогональных по измеряемому параметру гармонических составляювдх соединен входом с выходом оптико-электронного измерительного преобразователя 1, с одним из входов которого соединен выходом источник 3 модулирующего напряжения. Блок 2 выдеЛ1эния ортогональных по измеряемому параметру гармонических составляющих в&( соединен со входами блока 4 функционального преобразователя во вр м1гни одного из ортогональных по измеряемому параметру гармонических сигналов и одним из входов сумматора 5, второй вход которого соединен с выходом блока 4. Фазоизмерите.пьный блок 6 соединён входами с выходами источника 3 модулирующего напряжения и сумматора 5, а выходом со входом блока 7 регистрации фазы.

Первый вариант схемы блока 2 выделения ортогональных по измеряемому параметру гармонических составляющих (фиг. 2) содержит узел 8 пространственного разделения сложномодулированного сигнала на ортогональные uu измеряемому параметру гармонические составляющие, соединенный входом с выходом оптикоэлектранного измерительного преобра зователя 1, два-фотоприемника 9-и 1 установленные на выходах узла 8, и два избирательных усилителя 11 и 12 первой гармоники, каждый из кото рых соответственно соединен входом с выходом фотоприемников 9 или 10, а выходом соответственно со входом сумматора 5 и со входом функциональ ного преобразователя 4. , Второй вариант схемы блока 2 выд ления ортогональных по измеряемому параметру гармонических составляющих (фиг. 3) содержит фотоприемний 13, соединенный входом с выходе оптико-Злектронного измерительного преобразователя 1, избирательный усилитель 14 второй гармоники, с6еда1ненный входом с выходом фотоприемника 13, а выходом со входом сумм тора 5, избирательный усилитель 15 первой гармоники, соединенный входо с выходом фотоприемника 13, а выход со входом удвоителя частоты 16, выход которого соединен со входов фун ционёшьного преобразователя 4. Функциональный прео азователь 4 во времени одного из орт огон artbHtax по измеряемому параметру гармоничес ких сигналов выполнен в виде квадратурного фазовра.иателя, соедийеннр го входом с выходом блока 2 выдёЛения ортогональных по йзмерйемому ...; параметру гармонических составляютих, а выходом со входом сумматору Распределение освещенности на выходе интерференционного измерительного преобразователя с интерференционной модуляцией, являкиаегося одной из возможных реализаций оптико-электронных измерительных преобразователей, имеет вид E tf l CosyxoCos(aStn«)t)-Sttt Xo. (aSlnoot), где ЕО - максимальное значение осве щенности) о - измеряемое перемещение , Л - длина волны источника излученияа - амплитуда модуляции. Прастранственноё разделение слож ного сигнала на ортогональные относительно о составляющие реализуютс блоком 8, выполненным, например, в. виде полупрозрачной пластины (фиг.2 и двух щелевых диафрагм, вырезаемых из одной пространственно-разделенной пластиной интерференционной полосы участков, сдвинутых в пространстве на четверть периода интерфе ренционной картины. Фотоприемники 9 и 10 преобразуют ортогональные по измеряемому параметру сложно-модулированные оптические сигналы в электрические сигналы, из которых избирательными усилителями 11 и 12 выделяют сигналы первой гармоники модулирующего напряжения. В случае использования в качестве оптйКо-элёктрбнногЬ измерительного преобразователя 1, например, интерференционного преобразователя с модуляцией оптической разности хода (фиг. 3), осуществляют спектральноа разделение.сложно-модулиЕ(ованного сйгн&ла на ортогональные по измеряемому параметру соЬтавляющие. С выхода сумматора 5 сигнал постуПает на вход фазоизмерительного блока 6, где его частота предварительно уменьшается в а,в& раза делителем 1астоты. Фаза полученного сигнала сравни.вается с фазой модулирующего напряжения. На выходе фазоизмерительного блока 6 получают информацию об измеряемом параметре в виде ЛФ - К -Vo, которая регистрируется в блоке 7 регистрации фазы. Предлагаемый способ и устройство позволяет повысить точность измерения и линейность преобразования информации. I Формула изобретения 1.Способ преобразования измери:Тельной информации в системах с Пространственно-временной модуляциейпо гармоническому закону, заключающийся в том, что из сложно-модулированного сигнала йа выходе системы выделяют сфтогональные по измеряемому параметру гармонические составляющие и по ним определяйт сдвиг фазы информационного сигнала относительно опорного, о т л я ч а ю щ к йС я тем, что, с целью повышения точности и линейности преобразования измерительной информации, один из ортогональных по измеряемому параметру гармонических сигналов функционально преобразуют во времени, суммируют преобразованный сигнал с другим ортогональным по измеряемому параметру гармоническим сигналом, производят сравнение фазы суммарного напряжения с фазой модулирующего напряжения и по их разности судят, об измеряемой информации. 2.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что функциональное преобразование во времени одного из ортогональных по измеряемому параметру гармонических сигналов осуществляют путем сдвига его фазы на 90. 3.Устройство для осуществления Способа преобразования измерительной .информации nok п.г, содержащее оптикоэлек ронный измерительный преобразователь, блок выделения ортогональных по измеряемому параметру тарг Ьнйческйх состарляющих, соединенный входом с выходом оптико-электронного измерительного преобразователя, источник модулирующего напряжения, соединенный выходом с одним из входов оптико- 1 электронного измерительного преобразователя, фазоизмерительнь1й блок, соеди.ненный одним из вЬсодов с выходом ис„точника модулирующего напряжения, и блок регистрации фазы, соединенный входом с выходом фазоизмерительного блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и линейности преобразования измерительНой информации, оноснабжено функциональным преобразователем во времени .одного из ортогональных по измеряемому параметру гармонических сигналов, соединенным Входом с одним из выходов блока выделения ортогональных по измеряемому параметру гармо нических составляющих, и сумматором, соединенным входами с выходом функционального преобразователя и вторым в:ыходом блока выделения ортогональных по измеряемому параметру гармонических составляющих, а выходам со вторым входом .фазоизмерительного блока. ..:4, Устройство поп.З, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что в нем блОк выделения ортогональных по измеряемому йарамётру гармонических составляющих выполнен в виде схемы, состоящей из узла пространственногоразде ления сложно-модулированного сигнала на ортогональные по измеряемому параметру гармоничнее Кие составляйаие соединенного входом с выходом оптико-электронного измерительного преобразователя, двух фотоприемников, установленных на выходах-VsftanlipCTранственного разделения слрзкно-модулиррванного сигйала на орто ЬнайЬйЫе ,по измеряемому параметру гармбничес.кие составляющие, и двух избйратель.ных усилителей первой гармоники, каждый из. которых соединен входом с выходом соответствующего фотоприемнйка, один из избирательных усилителей соединен выходом со входом сумматора., а второй - со входом функционального преобразователя.

5,Устройство по п.4, отлич а ю щ е е с я тем, что в нем блок выделения ортогональных по измерявмому параметру гармонических составляющих выполнен в виде схемы, состоящей из фотоприемника, установленного на выходе оптико-электронного измерительного преобразователя , избирательногр усилителя второй гармоники, соединенного входом С выходом фотоприемника, а выходом с одним из входов сумматора, избирательного усилителя первой гармоники, соединенного входом с выходом фртоприемнйка, удвоителя частоты, соединенного входом с выходом избирательного усилителя первой гармоники, а выходом со входом функционального преобразователя, а фазоизмерительный блок на . входе, соединенном с выходом сумматора, содержит делитель частоты.

6,Устройство по п.4, отличают е е .с я тем, что в нем функциональный преобразователь во времени одного из ортогональных по измеряемому параметру гармонических сигналов выполнен в виде квадратурного фазовращателя, соединенного входом с выходом блока выделения ортЬгонгшьных по измеряемому параметру гармонических составляющих, а йыходом с одним из входов сумматора.

. . Источники информации, принятые во вййМанйе при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР № 228965, кл. G 01 В 11/02, 1968.

2.Авторское свидетельство СССР № 178180, кл. Н 03 К 13/08, 1964 (прототип)..

Фиг.

фцг.2

Фиг. 5