Устройство для измерения малых угловых смещений объекта Советский патент 1982 года по МПК G01B11/26 

I Изобретение ОТНОСИТСЯ к контроль(но-измерительной технике и может :быть использовано преимущественно для измерения малых угловых смещеНИИ объектов. .

Известно устройство для измерения малых угловых смещений объекта, содержащее оптически сопряженные плоское стекло, закрепленное на объекте контроля, и жестко, связанные между собой источник когерентного излучения, плоское зеркало и регистрирующий блок, выполненный в виде зрительной трубы 1 .

. Недостатками устройства являются низкие производительность и точность измерения, так как фиксирование результатов измерения производят визуально. Увеличения числа отражений луча от зеркал приводит к значительному сужению диапазона измерений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения малых угловых смещений объекта, содержащее источник излучения, жестко связываемый с объектом измерений, установленные последовательно по ходу светового луча светопровод и фотопотенциометр, диффереНцирукмций блок и счетчик импульсов, соединенные последовательно, и ий вертор 2 J.

I -Недостаток устройства - малая точ.;ность измерения угловогосовмещения объекта в силу его нечувствительности к изменению угла смещения объекта между двумя соседними изменениями числа внутренних отражений луча от

10 поверхности светопровода.

. Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается .тем, что устройствоснабжено блоком

15 ;анализа четности/ множительным блогком и двумя каналами измерения, каждый из которых состоит из соединенных последовательно сумматора и ключевого элемента, вторые входы ключе-

20 вых элементов каналов измерения сое.дрнены с соответствующими выходами блок анализа четности, первые входы : cyMMaiqpoB соединены между собой и с выходом множительного блока, второй

25 вход суглматора одного из каналов измерения соединен с выходом/инвертора,а второй вход сумматора другого канала измерения, входы инвертора и дифференцирующего блока соединены между собой

30 и с выходом фотопотенциометра, выход счетчика импульсов соединен с входами блока анализа четности и множительного блока, а выходы ключевых элементов соединены между собой и являются выходом устройства. На фиг. 1 представлена структурная 5 схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема оптической системы; на фиг. 3 - графики изменения напряжения на выходе фотопотенциометра в функции 1УГЛОВОГО положения объекта; на фиг.4 10 графики изменения напряжения на выхо- 1де дифференцирующего блока с изменением углового положения объекта. Устройство состоит из источника 1 излучения, светопровода 2, фото- 15 потенциометра 3, дифференцирующего блока 4, счетчика 5 импульсов,блока 6 анализа четности, инвертора 7,множительного блока 8, сумматоров 9 и 10 и ключевых элементов 11 и 12. Не- 20 точник 1, светопровод 2 и фотопотенцйометр 3 последовательно установлены и оптически сопряжены, причем оптическая ось светопровода 2 проходит через середину фотопотенциометра 3, 25 выход KOTdfkjro подсоединен к входу счетчика 5 импульсов через дифференцирующий, блок 4 и к viepBHM входам сумматоров 9 и 10, причем к входу сумматора 9 - через инвертор 7. Выход счетчика 5 импульсов подсоединен к входу блока 6 анализа четности и через множительный блок 8 к вторым входам сумматора 9 и 10, выходы ко торых подсоединены к входам сумматоров 9 и 10,выходы которых подсоединены к входам ключевых элементов 11 и 12 соответственно. Выходы блока б анализа чет. ности подсоединены к управляющим входам .ключевых элементов 11 и 12,выходы ко- , торых соединены мегкду собой иявля- 0 ются выходом устройства. . Устройство работает следующим образом. 1 Луч света от источника 1, жестко 5 связанного с контролируемым объек- : том, под определенным углом входит в светопровод 2. Многократно отра- . вившись от его боковых поверхностей.

луч попадает на поверхность фотопотенциометра 3. ередина фотопртенциометра 3 находится на продольной оси светопровода 3. Изменение угла смещения объекта.называет изменение числа внутренних отражений от поверхностей светопровода 2 (фиг.2) Число внутренних отражений луча от поверхностей светопровода находится в следующей зависимости от/угла смещения объекта

„ tgct ,

где п - число внутренних отраже. НИИ луча от поверхностей светопровода 2; ме мо по гд та ме фо U дл u .гд си об по от пр

для нечетного п

tgci(kb+kdln+l)-U)}(4)

LK

Число внутренних отражений лучаот поверхностей светопровода 2 можно получить с выхода счетчика 5 импульсов, послав сигнал с выхода фотопотенциометра 3 (фиг. 3) через дифференцирующий блок вход счетчика 5 импульсов. Число .импульсов напряжения поступающих с выхода дифференцирующего блока 4 на вход счетчика 5 импульсов, равно числу внутренних отражений луча от поверхностей светопровода 2 (фиг. 4).Сигнал О с выхода фотопотенциометра 3 поступает на первые i длина светопровода 2 j (jl - диаметр светопровода 2; ot - угол смещения объекта. Выходное напряжение фотопотенциотра 3 находится в линейной аависисти от , координаты падения луча, на верхности фотопотенциометра Эх е k - крутизна фотопотенциометра 3. При измененд1И угла смещения обйек выходное напряжение фотопотенцио- тра 3 изменяется по следующим рмулам k(b+CVEi-t-P)----(n-l))tgol ). k(b4- Ltgci. - nd) j я нечетного n k(b+d-U + +P)));tg,) k(b-Ltgoi+ d{n+l}); крутизна фотопотенциометра 3i b- полуразность длины фотопотенциометра 3 и диаметра светопровода 2 (фиг. Е,, - расстояние от источника 1 до переднего торца светопровода 2 (фиг. 2 ; EJ- расстояние от заднего торца светопровода 2 до поверхности фотопотенцйометра 3 (фиг. 2 ) ; - длина светопровода 2; d - диаметр светопровода 2; d .- угол смещения объекта; п --число внутренних отражений луча от поверхностей свето- провода 2. На основании этого получаем завимость изменения Угла смещения ъекта от напряжения на выходе фототенциометра 3 и числа внутренних, ражений луча от поверхностей светоовода 2 для чётного п td oC MU-kb + knd)входы сумматоров 9 и 10, причем на сумматор 9 - со знаком минус, для чего, выход фотопотенциометра .3 соединен со входом инвертора 7, выход которого подключен к сумматору 9. Сигнал, равнь1й числу внутренних отражений луча 5 от поверхностей светопровода 2 п; , с выхода счетчика 5 импульсов поступает на вход множительного блока 8. С выхода множительного блока 8 сигнал/ равный слагаемоглу knd (формулы 3 и 4), 10 поступает на вторые выходы сумматоров 9 и 10. В сумматоре 9 находится постоянный сигнал, равный в. сумматоре 10 - постоянный сигнал, равный величине k(b+d).15

Множительный блок 8 и сумматоры 9 и 10 могут быть реализованы на операционных усилителях

Если число внутренних отражений луча от поверхностей светопровода 2 20 четное, то с первоговыхода блока 6 анализа четности поступает сигнал на управляющий вход ключевого элемента 11 (при этом схема реализует формулу 3 ). Если число внутренних 25 отражений луча от поверхностей светопровода 2 нечетное, то сигнал со , второго выхода блока 6 анализа четности поступает на управляющий вход ключевого элемента 12 (при этом схе- ,Q

.bia/реализует формулу 4Х Таким образом сигнал будет сниматься с нужного канала и будет пропорциональным величине oL .

в известном устройстве код на вы- « ходе счетчика импульсов, пропорциональный углу смещения объекта, равен числу внутренних отражений луча от

поверхностей светопровода, т.е.устройство не чувствительно к изменению угла смещения объекта между двумя со- седними изменениями числа внутренних отражений л/ча от поверхностей светопровода. В отличие от известного предлагаемое устройство чувствительно к изменению угла смещения объекта между соседними изменениями числа внутренних отражений луча от поверхностей светопровода, что значительно повышает точность подобных устройств.

Это обусловлено тем что при изме- 50 нении угла d между двумя соседними 3начениямичисла п в известном устройстве выходной сигнал не изменяется, ; тогда как предлагаемое устройство регулирует это изменение (выражение 55 II и 2). npli этом., точность будет определяться чувствительностью фотопотенциометра, которая может быть охарактеризована минимальным смещением луча, выз.ывающим изменение выходного напряжения фотопотенциометра,оно равно 1-5 мкм.

Таким образом, применение предла™ гаемого устройства для измерения маг лых угловых смещений объекта в контрольной технике позволит значительно повысить точность измерений,так как оно чувствительно к изменению угла смещения объекта между двумя соседними изменениями числа внутренних отражений луча от поверхностей светопровода, за счет распознавания четных и нечетных сигналов примененной схемой обработки информации.

Формула изобретения

Устройство для измерения малых угловых смещений объекта, содержащее источник излучения, жестко связываемый с объектом измерения, установленные последовательно по ходу светового луча светопровод и фотопот нциометр, дифференцирующий блок и счетчик импуЛьсов, соединенные последовательно и инвертор, отличающееся.

,тем, что, с целью повышения точности измерений оно снабжено блоком анализа четности, множительным блоком и двумя каналами измерения, каждый из которь1х состоит из Соединенных последовател , но сумматора и кяючевох о элемента,

.вторые входа ключевых элементов каналов измерения соединены с соответствующими выходами блока анализа четности, первые входы сумматоров . соединены между собой и с выходом множительного блока, второй вход сумматора одного из каналов измерения соединен с выходом инвертора; а второй вход сумматора другого канала

измерения, входы инвертора и дифференгщрующего блока соединены между собой и с фотопотенциометра, выход счетчика импульсов соединен с входами блока анализа четности и множительного блока, а выходы ключевых элементов, соединены между собой и являются выходом устройства.

; Источники информации, : принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР i 200166, кл..С 01 В 11/26, 1965. 2. Авторское свидетельство СССР

по заявке 2807937,кл.С 01 В 11/2б

1979 (прототип)

Риг.1

и K(

о

Фиг.