Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений объектов Советский патент 1982 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений объектов, в частности для .измерения виброперемещений колеб.гаощихся объектов.

Известно оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений объектов, содержсвдее систему формирования интерференционных или муаровых полос, линейку фотоприемников, оптически связанную ссистемой формирования интерференционных или муаровых полос, и блок индикации . Устройство также содержит блок вычислений l.

Недостатком устройства является сложность измерения виброперемещений колеблющихся объектов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений объектов, содержащее систему формирования интерференционных или муаровых полос, линейку фотоприемников, оптически связанную с системой формирования интерференционных или муаровых полос, последовательно соединенные блок пространственной селекциифотоприемников и блок индикации, блок пространственной селекции фотоприемников состоит из коммутатора, сумматора и анализирующего узла, входы сумматора подключены к выходам коммутатора, выход сумматора соединен с входом блока индикации, выходы анализирующего узла связаны с управляющими входами коммутатора.

10 Блок пространственной селекции фотоприемников также содержит узел частотной селекции 2.

Недостатком устройства является ограниченный диапазон измерения

15 .виброперемещений, связанный с тем, что при измерении вибрюперемещений колеблющихся объектов информационный сигнал сжимается только с одного из фотоприемииков, у которого среднее

20 значение информационного сигнала соответствует наиболее линейной части передаточной характеристики, связывающей величину линейного перемещения интерференционной или муаро25вой полосы с величиной светового потока, подающего на фотоприемник и являющейся нелинейной.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона изме30рения виброперемещений. Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено блоком формирователей , входы которого подклю чены к линейке фотоприемников, а выходы соединены с входами блока пространственной селекции фотоприемников, в блоке пространственной селекции фотоприемников анализирующий уаел снабжен дополнительно выходом опорного напряжения, сумматор снабжен дополнительно входом опорно го напряжения, подключенным к выходу опорного напряжения анализирующего узла, выход сумматора соединен с входом анализирующего узла, а информационные входы коммутатора по ключены к входу блока. Анализирующий узел состоит из соединенных последовательно реверсивного счетчика, дешифратора, коммутатора, дифференцирующего усилителя и компаратора нижнего уровня выходом соединенного с первым входом реверсивного счетчика, к втором входу которого подключен компаратор верхнего уровня, входом соединенный с дифференцирующим усилителем, исто ник опорного напряжения, подключенны к входу коммутатора, второй выход которого, а также выходы дешифратора являются выходами анализирующего уз ла. Блок формирователей содержит нели нейные усилители, входы которых являются входами блока формирователей а вЕлходы - выходами этого блока. На фиг,1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 функциональная схема анализирующего узда. Устройство содержит систему 1 формирования интерференционных или муаровых полос, например, двухлучево интерферометр, подвижное зеркало которого связано с объектом, линейку 2 фотоприемников, блок 3 формирователе содержащий нелинейные усилители 4, блок 5 пространственной селекции фотоприемников, состоящий из коммутатора б, сумматора 7, анализирующего узла 8, содержащего (фиг.2) реверсивный счетчик 9, дешифратор 10, коммутатор И, источник 12 опорных напряжений, дифференциальный усилитель 13, компаратор 14 верхнего уров ня, компаратор 15 нижнего уровня, блок 16 индикации. Устройство работает следующим образом. При виброперемещениях объекта си тема 1 формирует на линейке 2 фотоприемников перемещающиеся интерфере ционные или муаровые полосы. Рассто яние между крайними фотоприемниками линейки 2 равно периоду интерференционной или муаровой полосы. Информационные сигналы, снимаемые с фотоприемников линейки, изменяются по синусоидальному закону, фаза которых связана с положением фотоприемника. Сигналы с фотоприемников поступают и блок 3 формирователей, где они усиливаются нелинейными усилителями 4, передаточные характеристики которых выбраны таким образом, чтобы компенсировать нелинейность наиболее линейной части передаточной характеристики, связывающей величину линейного перемещения интерференционной или муаровой полосы с величиной светового потока, падающего на фотоприемник линейки 2. Далее информационные сигналы поступают на информационные входы коммутатора б, осуществляющего подключение одного из фотоприемников линейки 2 к сумматору 7, выходной сигнал с которого поступает в блок 16 индикации. Управление коммутатором б осуществляется анализирующим узлом 8, который анализирует величину напряжения, на выходе сумматора 7 и формирует опорные напряжения, поступающие на дополнительный вход сумматора 7. При возвратно-поступательном перемещении интерференционной или муаровой полосы на поверхности фотоприемников линейки 2 на выходах фотоприемников формируются синусоидальные сигналы, наиболее линейные части которых последовательно суммируются сумматором 7, на выходе которого формируется сигнал, близкий к линейно изменяющемуся и амплитуда которого пропорциональна перемещению полосы. Управление коммутатором осуществляется анализирующим узлом 8, представляющим собой следящую систему, подключающую тот или иной фотоприемник линейки 2, в зависимости от характера изменения напряжения на выходе сумматора 7, Диапазон анализируемых напряжений узлом 8 связан с диапазоном перемещения интерференционной или муаровой полосы и разбит на ряд уровней, разность которых связана с числом фотоприемников линейки 2. Анализ напряжений по максимуму и минимуму значений по сравнению с опорными уровнями, задаваемыми источником 12 опорных напряжений, осуществляется кс 1параторами 14 верхнего уровня и компаратором 15 нижнего уровня, выходные сигналы с которых поступают на реверсивный счетчик 9, который с помощью дешифратора 10 переключает с помощью коммутатора 6 фотоприемники линейки 2, а с помощью коммутатора 11 источник 12 опорных напряжений. Разность между опорными напряжениями, поступающими с источника 12 опорных напряжений, н сумматором 7 определяется дифференциальным усилителем 13 При включении, например, первого фотоприемника липейки 2 коммутатором б, на вход сумматора 7 от источ ника 12 опорных напряжений через ко мутатор 11 поступает нулевой уровень, а на вход дифференциального усилителя 13 через коммутатор 11 уровень Uon. При смещении интерференционной или муаровой полосы вдоль первого фотоприемника линейки 2 на его выходе формируется информационный сигнал, который после усиления нелинейным усилителем 4 возрастает от минимального значения до уровня Разностный сигнал, на выходе дифференциального усилителя 13 при этом уменьшается от Uon яо величины, близкой к нулю. При дocт жeнии напряжения на выходе усилителя 4 и сумматора 7 величины Uon разностный сигнал на выходе дифференциального усилителя 13 станет равным нулю..При этом сра ботает компаратор 15 нижнего уровня, который сформирует сигнал, добавляющий единицу в реверсивйый счетчик 9. Дешифратор 10 сформирует сигнал, поступающий на коммутатор 6 и включающий второй фотоприемник. Одновременно через коммутатор 11 на дополнительный вход сумматора 7 Приложится напряжение UQJ, , а на вход дифференциального усилите ля 13 приложится напряжение 2Uon На выходе второго фотоприемника при движении интерференцион-ной или муаровой полосы возрастает информационный сигнал , который проходит через усилитель 4 и коммутатор б, суммируется по напряжению сумматором 7 с напряжением и поступает на блок 16 индикации, и одновременн на дифференциальный усилитель 13. При равенстве сигнала, снимаемого со второго фотоприемника и опорного UQJ, , суммарное напряжение на выходе сумматора 7 будет таково, что разность напряжений на выходе диффе ренциального усилителя 13 достигает нуля, срабатывает компаратор 15 ниж него уровня, который добавляет единицу в реверсивный счетчик 9. Ревер сивный счетчик 9 через дешифратор 1 коммутаторы б и 11 выключает второй фотоприемник, третий фотоприемник, подает на дополнительный вход сумма тора 7 напряжение 2V на вход диффер циального усилителя 3Uori и. т.д. Таким образом, при движении инте ференционной или муаровой полосы вд фотоприемников к сумматору 7 послед вательно подключаются фотоприемники выходной сигнёш с которых после усиления усилителями 4 последовательно суммируются сумматором 7 с ступенчато изменяющимся опорным напряжением. На выходе сумматора формируется напряжение, близкое к линейному, амплитуда которого пропорциональна линейному смещению интерференционной или муаровой, полосы. При изменении направления перемещения интерференционной или муаровой полосы, напряжение на выходе сумматора 7 начнет уменьшаться. При достижении разности напряжений на выходе сумматора 7 и текущего опорного напряжения, приложенного к дифференциальному усилителю 13 равной Upn сработает компаратор 14 верхнет го уровня. -При этом вычитается единица из реверсивного счетчика 9, который через дешифратор 10 и коммутатор 6 изменяет на обратное подключение Фотоприемников линейки 2 и через коммутатор 11 уменьшает опорное ; напряжение на сумматоре 7 и дифференциальном усилителе 13 на величину UQH. При дальнейшем движении интерференционной или муаровой полосы процесс переключения повторяется, а на выходе сумматора 7 формируется линейно убывающее напряжение. Предлагаемое устройство позволяет избавиться от искажений сигнала, что дает возможность повысить точность и динамический диапазон измерений . Формула изобретения 1. Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений объектов, содержащее систему формирования интерференционных или муаровых полос, линейку фотоприемников, оптически связанную с системой формирования интерференционных или .муаровых полос, последовательно соединенные блок индикации и блок пространственной селекции фотоприемников, который. состоит из кс мутатора, анализирующего узла и сумматора, входы которого подключены к. выходам коммутатора, выход сумматора соединен с входом блока индикации, а выходы анализирующего узла связаны с управляющими входами коммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения виброперемещений, оно снабжено блоком формирователей, входы которого подключены к линейке фотоприемников, а выходы соединены с входами.блока пространственной селекции фотоприемников, в блоке пространственной селекции фотоприемников анализирующий узел снабжен дополнительно выходом опорного напряжения, сумматор снабжен дополнительно входом опорного напряжения, подключенным к выходу опорного напряжения анализирующего узла, выход :;умматора соединен с входом анализирующего узла, а информационные входы коммутатора подключены к входу блока,

2. Устройство по П.1, о т л и чающееся тем, что анализирующий узел состоит из соединенных последовательно реверсивного счетчика, дешифратора, коммутатора, дифферен.цирующего усилителя и компаратора нижнего уровня, выходом соединенного с первым входом реверсивного счетчика,, к второму входу которого подключен компаратор верхнего уровня, входом соединенный с дифференцирующим

усилителем, источник опорного напряжения, подключенный к входу коммутатора, второй вьосод которого, а также выходы дешифратора являются выходами анализирукицего узла.

3. Устройство ПОП.1, отлича -ю щ е е с я тем, что блок формирователей содержит нелинейные усилители, входы которых являются входами блока формирователей, а выходы - выходами этого блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Фотоэлектрические преобразователи информации. Под. ред. Преснухина Л. М., Машиностроение, 1974, с. 178-187.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке №2893496/28,

кл. G 01 В 21/00, 11.03.80 (прототип).

фигЛ

.J.

вж