Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений Советский патент 1980 года по МПК G01B11/00 G01B21/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испольэрвано для измерения линейных перемеще ний амплитуд вибраций, линейных размеров деталей.

Известно оптико-электронное устройство для измерениялинейных размеров деталей, содержащее интерферометр с кареткой, интерференционный модулятор с источником модулйруквцих колебаний,дополнительную светоделительную пластину, две щелевые диафрагмы, два фотоэлектрических преобразователя, два усилителя переменного тока, два фазовЪпс демодулятора, реверсивный счетчик и интерполятор интерференционной полосы 1.

Недостатком этого устройства является необходимость модуляции опорного луча интерферометра и использование двух каналов преобразования светового сигнала в электрический и, соответственно, двух каналов обработки этого сигнала, -что обуславливает высокую критичность устройства к настройке и влиянию различных дестабилизирующих факторов и низкий КПД использования светового излучения, что приводит к понижению точности измерения.

Известен интерферометр с идикацией реверса для измерения малых пере1мёШййй дйффузнб отражающих объектов, содержащий интерферометр с объектом, на котором закреплен один из отражателей интерферометра, фокусирующую систему, фотопреобразователь, модулятор длины опорного плеча и селектор сигналов 2 .

to

Недостатком известного устройства является его малая чувствительность (0,8 мкм), дискретность счета, определяемая величиной IV/8 ( А ттри А 6328 л), сложность получения

15 окончательного результата, связанная с обработкой методом фигур ЛиссажУ или при помощи синус-косинусной логики, что существенно снижает точность измерения.

20

Наиболее близким техническим решением к изобретению является оптико-электронное устройство, для измерения линейных перемещений, содержащее оптическую систему для формиро25вания интерференционных или муаровых полос, дискретный фотопреобразователь, светочувствительный слой которого выполнен в виде системы параллельных электрически изолированных фотоприемников, блок формирователей, блок сче30та и блок индикации с индикаторами младших и старшего разрядов 3. Недостатком данного устройства яв ляется низкая точность измерений, обу ловленная влиянием измененияамплиту ды одного из суммируемых сигналов на выходе фотопреобразователя, что приводит к фазовым искажениям получаемо сигнала.Цель изобретения - повышение точности измерений. ... Указанная цель достигается тем, что число фотоприемников выбрано равным заданному порядку дробления интерференционной полосы, количество формирователей выбрало равным количеству фотоприемников, вход каждого форййрсэвателя соединен с выходом соответствующего фотоприемника, а ширина фотопреобразователя выбрана равной ширине интерференционной полосы. Кроме того, каждый формирователь выполнев в виде последовательно соединенныхусилителей и управляемого инвертора, индикатор младших разрядов подключен к выходам управляемых инверторов, блок счета выполнен в виде реверсивного счетчика, двух элемен тов И и элемента НЕ, выход первого уп равляемого инвертора соединен с первым входом элементов И, выход последнего управляемого инвертора соединен со вторым входом первого элемента И и через элемент НЕ - со вторым входом второго элемента И,выходы элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика, выходхы реверсивного счетчика .соединены со входами индикатора старшего разряда, а выход младшего разря-да счетчика соединен с управляющими вХоЖЯйй управляемых инверторов. На чертеже приведена блок-схема устройства. Устройство содержит оптическую си тему 1 для формирования интерференци онных полос, которая состоит из источника 2 монохроматического излучени светоделителя 3, опорного зеркала 4, объекта 5, а также расширитель б излу чения, щелевую диафрагму 7, дискретны фотопреобразователь 8, выполненный в jaKfte системы параллельных электричес ки изолированных фотоприемников 9, блок 10 формирователей, содержащий усилители 11 и yпpaвляe aлe инверторы 12, блок 13 индикации, содержащий инд каторы 14 младших {Разрядов и индикатор 15 стаЕЯиего разряда,блок 16 счет содержащий элемент НЕ 17,два элемент И 18 и 19 и реверсивный счетчик 20. На выходе оптической системы 1 устайовлекы последовательир на рдной оп тической оси расширитель 6 излучения щелевая диафрагма 7, Дискретный фотопреобразователь В, выход каждого фотоприемника 9 фртопреоб)азователя 8 Эй1: трйчёски связан с входом соответствующего усилителя 11, выход кгркдого усилителя 11 электрически связан со входом соответствующего управляемого инвертора 12, к выходам которых подключен индикатор младших разрядов, выход первого управляемого инвертора соединен с первым входом элементов И 18 и 19,выход последнего управляемого инвертора соединен со вторым входом первого элемента И 19 и через элемент НЕ 17 - со вторым входом второго элемента И.18, выходы элементов И 18 и 19 электрически соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика 20, выходы которого соединены с входги«4и индикатора 15 старшего разряда, а выход младшего разряда реверсивного счетчика 20 соединен с управляющими входаМи управляемых инверторов 12. Устройство работает следующим образом. В исходном положении реверсивный счетчик устанавливается в нулевое положение, которому соответствует нулевое значение индикатора старшего разряда. . При помощи щелевой диафрагмы 7 из интерференцио1шой картины вырезается одна темная или светлая полоса, которая проектируемся на приемную часть фотопреобразователя 8, выполненную в виде системы дискретных электрически изолированных фотоприемников 9, каждый из которых подключен ко входу соответствующего усилителя 11. При этом сигналы с выхода усилителей соответствуют состоянию О . Нулевое положение реверсивного счетчика соответствует передаче неинвертированного сигнала через управляемые инверторы 12. Состояние О передается и на индикатор 14 младших разрядов. При смещении объекта происходит движение полос интерференционной картины, направление которого опредёля ет знай, а число полос, прошедших мимо щелевой диаграммы, - его величину. При движении полос,например слёва направо, последовательно засвечиваются фотоприемники от 1-го до п-го и соответственно последовательно переходят в состояние 1 усилители 11 и управляе1«1е инверторы 12, и на индикаторе 14 последовательно отображаются цифры 1, 2, 3,.... При засвечивании всех п Фотрприемников 9, .все усилители 11 и управляекые инверторы 1,2 находятся в состоянии . Это приводит к появлению О ;на выходе элемента И 19 и занесению i в реверсивный счетчик 20. В свсяо очередь переход реверсивного счетчика в нечеТное состояние приводит к изменению сигнала на входе управляемых инверторов 12 и переходу их и, соответственно, индикатора 14 младших разрядов в состояние О. Таким образом, данное положение записывается в виде единицы на индикаторе 15 старшего разряда. Поскольку ширина приемной части преобразователя равна ширине темной (светлой) полосы, то дальнейшее движение полос слева направо приводит к последовательному затемнению фотоприемников от 1-го до п-го.и соответственному .переходу усилителей 11 из состояния в состояние О и управляемых инверторов 12 из состояния О в состояние . Данные состояния последовательно отображаются на индикаторе 14 младших разрядов,и при затемнении п-го фотоприемника происходит заполнение индикатора 14 младших разрядов, срабатывает элемен И 19, реверсивный счетчик 20, и на индикатор 15 старшего .разряда добавляется единица. Соответственно, состояние управляемых инверторов 12 изменяется на обратное, т.е. они переходят из состояния в состояние О и на индикаторе 14 младших раз рядов устанавливается нулевое состояние, а на индикаторе 15 старшего разряда фиксируется цифра 2, Дальней ший Ъчет полос при их движении слева направо происходит аналогично вышеописанному. При обратном движении полос (спра ва налево) работа устройства происхо дит аналогично, с тем отличием что после состояния О всех управляемых инверторов 12 в состояние переходит п-ый управляемый инвертор (в отличие от предыдущего случая, ко да в состояние переходит снача первый управляемый инвертор). Поскольку одновременно на выходе п-го управляемого инвертора и на вхо де элемента И 19 имеется Ч, а на выходе инвертора 12 - О, то в этом случае срабатывает элемент И 18 и на выход реверса реверсивного счетчика 20 попадает сигнал, приводя щий к уменьшению числа в индикаторе 15 старшего разряда на одну единицу. Формула изобретения 1. Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений, содержащее оптическую .систему для формирования интерференционных или муаровых полос, дискретный фотопреобразователь, светочувствительный слой которого выполнен в виде системы параллельных электрически изолированных фотоприемников, блок фо эмирователей, блок счета и блок индикации с индикаторами младших и старшего разрядов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, число фотоприемников выбрано равным, заданному порядку дробления- интерференционной полосы, количество формирователей выбрано равным количеству фотоприемников, вход каждого формирователя соединен с выходом соответствующего фотоприемника, а ширина фотопреобразователя выбрана равной ширине интерференционной полосы. 2, Устройство по п. 1, отличаю щ еес я тем, что каждый фор мирователь выполнен в виде последовательно соединенных усилителей и управляемого инвертора, индикатор младших разрядов подключен к выходам управляемых инверторов, блок счета выполнен в виде реверсивного счетчика, двух элементов И и элементов НЕ, выход первого управляемого инвертора соединен с первым входом э лементов И, выход последнего управляемого инвертора соединен со вторым входом первого элемента И и через элемент НЕ со вторым входом второго элемента И, выходы элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика, выходы реверсивного счетчика соединены со входами индикатора старшего разряда, а выход младшего разряда счетчика соединен с управляющими входами управляемлх инверторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 194330, кл. G 01 В 9/02, 1965. 2.Приборы и техникаэксперимен174-175. 1975, 4, 3. Фотоэлектрические преобразователи информации. Под ред. Л.Н.Преснухина, М., Машиностроение, 1974, ,с. 178-187.(прототип) .

-- лт -ТйЧ,. ;

. .,,,-/.-.. ,. .. . ,.-.. 7815.58 . , .

iiiiSi: Ciiji ii;.;, ivb;/ .Т- -. -ч.

/