Способ измерения перемещений Советский патент 1981 года по МПК G01B21/00 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИИ

1

Изобретение, относится к измерительной технике и может найти применение для выполнения высокоточных линейных и угловых измерений в метрологии, системах автоматического контроля и упоавления, радиоастрономии, точном машиностроении и т.д.

Известен фазовый способ измерения угловых и линейных перемещений, заключающийся в фотоэлектрическом преобразовании перемещения оптической шкалы или индикаторного элемента в С.ЦВИГ Фазы электрического сигнала. Согласно ЭТОМУ способу, оптическую шкалу, представляющую собой прозрачное тело с возбужденной в нем ультразвуковой волной,, освешают параллельным ПУЧКОМ мо.цулированного по интенсивности света, частота модуляции которого несколько отличается от частоты ультразвукового канала. Располагают фотоприемник так, чтобы преобразовывал переменную составляющую в одном из дифракционных максимумов и электрический сигнал разностной частоты. По изменению Фазы этого сигнала определяют искомое перемещение 1Ц .

наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ измерения перемещений, заключающийся в том, что измеряемое перемещение преобразуют с помошью оптико-электронного интерференционного преобразования с применением гармонической модуляции в исходный электрический сигнал, преобразуют исходный сигнал в промежуточный сигнал с начальной фазой, пропорциональ10ной измеряемому перемещению, и опр деляют начальную фазу этого сигнала относительно сигнала модуляции 2 .

Недостатками известного способа

15 являются большие погрешности измерения, связанные с большим числом операций и наличием ДВУХ неидентичных каналов преобразования.

20

Цель изобретения - повышение точности измерения перемещений.

Указанная цель достигается тем, 25 что преобразование исходного электрического сигнала осуществляют путем однополупериодного синхронного детектирования сдвинутым на четверть периода сигналом модуляции и выделения 30 сигнала п-й гармоники частоты моду ляции, а амплитуду МОДУЛЯЦИИ выбира ют из условия , (} 1(.{ 1 3i(fluL,) для п 2, где .iL.«) и Orj(uL)- ФУНКЦ Бесселя пооядка 1 и 2 от аргумента Л - длина волны; дЬгп амплитуда модуляции. На чертеже приведено устройство для осуществления способа. Устройство состоит из последовательно связанных оптико-электронног интерференционного преобразователя с гармоническим модулятором, управляемым от источника 2 модулирующего напояжения, синхронного однополупер одного детектора 3, частотного- селе тора 4 и цифрового преобразователя разность фаз - код, а также делител б частоты, вход которого связан с вспомогательным выходом преобразова теля 5, а первый и второй выходы с источником 2 и синхронным детекторо 3 соответственно. Способ осуществляется следующим образом. Преобразователь 5 содержит генер ТОР вспомогательной частоты ш, Pu) где Р - целое число. Сигнал с этого генератора поступает на вспомогател ный выход преобразователя 5 и далее иа вход делителя б частоты. На первом выходе делителя б частоты получа ется после деления по частоте на Р входного сигнала прямоугольный опорный сигнал модуляции с частотой tu, который поступает на источник 2 моду лирующего напряжения и далее в преоб разователь 1. На втором выходе делителя б частоты получается прямоуголь ный сигнал частоты модуляции ш, но сдвинутый по отношению к сигналу на первом выходе на четверть периода. Этот сигнал является опорным для син хронного детектора 3. Исходный сигна получаемый на выходе оптико-электрон ного преобразователя 1, равен (.s.n(Mc.x).S.u.t4 o(,l,).aos(-M.,c.x}co3lu,t где Д- - длина волны; с - коэффициент; и о--амплитуда и частота гармонической модуляции ,n,,j и ,п,|- функции Берселя порядка 1 и 2 от аргумен f Л1„. После операции синхронного однополупериодного детектирования исходного сигнала U сдвинутым на четверть периода сигналом модуляции получают сигнал , равный (vabn,)tos (u;i- CuXJO, ( AU).cos(..fL.e.(f.g.Aa,().(a) .)«со.и,4л,(д1..),(лд. . ( lujt . После операции частотной селекции сигнала Unp частотным селектором 4 по частоте пш, где п 1 или 2 номер гармоники, и при выполнении условия 4.п)4 для п 1 или условия (fALj ПУ W. и для п 2, что обеспе1 /ИГ.. ч.т. чивается соответствующим выбором амплитуды д1т гармонической модуляции, получают промежуточный сигнал U,, равный Uyi U,yi.cos(nu)t - У-.С.ДХ) (3) Заключительной операцией способа является измерение начальной фазы промежуточного сигнала U относительно сигнала модуляции, которая, как следует из выражения (З), пропорциональна измеряемому перемещению лх. Таким образом, в описанном способе измерения перемещений результат измерения перемещений не зависит от изменения амплитуды исходного сигнала U, вызываемой нестабильностью интенсивности источника оптического излучения, и изменения частоты и; гармонической МОДУЛЯЦИИ, что позволяет увеличить точность измерения перемещений. Формула изобретения Способ измерения перемещений, зайлючающийся в том, что измеряемое перемещение преобразуют с помощью оптико-электронного интерференционного преобразования с применением гармонической модуляции в исходный электрический сигнал, преобразуют исходный сигнал в промежуточный сигнал с начальной фазой, пропорциональной измеряемому перемещению, и определяют начальную фазу этого сигнала относительно сигнала модуляции, о т л и чающийс я тем, что, с целью повьяления точности измерений, поеоб раэсаание исходного электрического сигнала осуществляют путем однополу периодного СИНХРОННОГО детектирования СДВИНУТЫМ на четверть периода сигналом модуляции и выделения сигн ла п-й гармоники частоты модуляции, а амплитуду модуляции выбирают из .условия ,(4.. 3i(g ., . зЖйЬ„)4Л . -fliiT . п для п где . 0,(Мдь„)1«3,М-|1Ь„) - функции ессёля порядка 1 и 2 от аргумента и,, Я - длина волны; д1„ - амплитуда модуляции. Источники информации, принятые во внимание ПРИ экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 264704, кл. G 01 В 19/34. 2.Авторское свидетельство СССР № 446744, кл. е 01 Б 19/56, (прототип).