Оптический датчик перемещений Советский патент 1983 года по МПК G01B11/00 G01B11/26 

Изобретение относится к измери,тельной технике и может быть использовано для определения линейных перемещений и вибраций объектов, в частности биений вращающихся валов.

По основному авт.св. 926530 изBefeTeH оптический датчик перемещений, содержащий осветитель, светочувствительный преобраз;ователь и растр, расположённый между осветителем и преобразователем, отражательную голограмму линзы по ходу луча между осветителем и растром, за растром : установлен проекционный элемент светочувствительный преобразователь выполнен в виде двух фотоприемников, включенных выходом на входы формирователей импульсов, один выход кото рых включен на входы моста сравнения, а второй - на анализатор гармоник, между проекционным элементом и фотоприемником размещены коррекционные элементы, электрически связанные, с мостом сравнения, фотоприемники расположены на прямой, перпендикулярной линиям растра и проходящей через оптическую ось голограммы линзы на расстоянии р от оптической оси равном

г -

где а - шаг растра;

V - целые числа fl.

Недостатком устройства является невозможность и спользования датчика в случаях, когда нет доступа к торцу вала, биение которого требуется измерить, но имеется доступ к образующим указанного вала.

Целью изобретения является изме10рение перемещений объектов, находя -;щихся в труднодоступных местах.

Цель достигается тем, что оптический датчик перемещений снабжен фрикционно связываемым с контроли15руемым объектом прижимным роликом, диаметр которого не кратен диаметру контролируемого вала, полупрозрачным зеркалом, установленным между отражательной голограммой линзы и раст20ров, дополнительным растром, уста-, новленным в ходе излучения между полупрозрачным зеркалом и проекцион; ным элементом с возможностью перемещения в плоскости растра ортогональ25но направлению его штрихов, интегратором, делителем и индикатором, Последовательно подключ енными к выходу анализатора гармоник, нереверсивным счетчиком, вход которого под30ключен к выходу моста сравнения.

а выход - к второму входу интегратора, и эадатчиком времени измерения, подключенным к вторым входам нереверсивного счетчика и делителя, а отражательная голограмма линзы устаиовлена на торце прижимного ролика.

На чертеже приведена принципиальная схема оптического .датчика neper мещений.

Оптический датчик перемещений содержит осветитель 1, отражательную голограмму 2 линзы, растр 3 и дополнительный 4, проекционный элемент 5, два фотоприемника 6 и 7, установленные на прямых, перпендикулярных линиям растров 3, 4 и проходящих через оптические оси голограммы 2 линзы нарасстоянии ( iCv/2T) а, где ашаг растра, V -.целое число, два фор мирователя 8- и 9 импульсов, входы которых связаны с выходами фотоприемников 6 и 7, анализатор 10 гармоник, входы которого соединены с выходами формирователей 8 и 9 импульсов, мост 11 сравнения на входы которого подаются сигналы с вторых формирователей В и 9 импульсов, коррекционные элементы 12 и 13 электрически связанные с мостом 11 сравнения, интегратор 14, делитель 15 и , индикатор 16, последовательно включч ченные на выход анализатора 10 гармоник, нереверсивный счетчик 17, включенный на выход моста 11 сравнения, при этом на вторые входы нереверсивного счетчика 17 и делителя 15 подключен задатчик 18 времени измерения.°

Голограмма 2 жестко за:креплена на оси ролика 19, фрикционно связанного с контролируемым валом 20, с помощью пружинного устройства 21. Для разделения каналов фотоприемки.ков 6 и 7 между голограммой 2 и аствром 3 установлено полупрозрачное зеркало 22. Перпендикулярно нал правлениям опти-ческих осей полупрозрачного зеркала 22 установлены растры 3 и 4, штрихи которых расположены в пространстве таким образом, чтобы по отношению к оптическим осям иметь различное начальное положение, отличающееся .на угол, не кратный 180 Между растром 4 и проекционным элементом 5 последовательно установлены зеркала 23-25. В каналах растров 3 и 4 установлены также проекционные элементы 26 и 27, соответственно

Возможность перемещения растра 4 предусмотрена с целью настройки прибора.

Датчик работает следующим образом.

Осветитель 1, подсвечивает отража тельную голограмму 2 линзы. При оптическом сопряжении голограммы 2 и линейного растра 3 с помощью прЪекционного элемента 26 и отсутствии виброперемещёний контролируемого вала 20 при его вращении образуется изображение двух зонных решеток Френеля, которые проекционным элементом 5 с увеличением 1-х переносятся в плоскость фотоприемников б и 7. Фазы .зонных решеток сдвинуты относительно друг друга на угол, не равный 180 , что приводит к освещению цент

0 ра одной решетки, тогда как в центре другой решетки засветка отсутствует.

При наличии виброперемещений, т.е. смещении голограммы 2 и линейного растра 3 в направлении, перпендикулярном линиям растра 3 изменяется Фаза зонных решеток и происходит их поперечное смещение. С помощью полупрозрачного зеркала 22 и проекционного элемента 27 достигается сопряжение голограммы 2 и растра 4, которое элементами 23, 24, 25 и 5 переносится в плоскости-приемника 7.

Информационным параметром, по которому судят о величине и знаке

5 перемещения ролика 19, является количество смен фаз, при этом это количество смен преобразуется в частоту выходного сигнала анализатора 10 гармоник.

Обработка сигналов фотоприемников б и 7 для получения информации о смещениях вал.а 20 осуществляется с помощью двух формирователей 8 и 9, импульсов, содержащих частотные фильтры, сигналы с которых подаются на анализатор 10 гармоник, переменная составляющая выходного сигнала которого по частоте пропорциональна величине смещения ролика 19. Знак смещения определяется с помощью моста 11 сравнения, куда поступают после формирователей 8 и 9 импульсов высокочастотные, составляющие сигна-г: лов фотоприемников б и 7.

Низкочастотная составляющая выходного сигнала моста 11 сравнения используется для компенсации поперечного смещения изображений зонных решеток Френеля относительно фотоприемников б и 7. Это достигается с помощью двух коррекционных элементов 12 и 13, которые управляются выходным сигналом моста 11 сравнения. Коррекционные элементы 12 и 13 могут .быть выполнены, например, в виде

г -поворачивающихся зеркал, установлен ных в ходе пучков, при этом разворот зеркала осуществляется на углы-, пропорциональные выходному сигналу моста 11 сравнения, например, с помощью электромагнитных катушек.

Для получения информации о сме щении контролируемого вала 20, сигналы с анализатора 10 гармоник подаются на интегратор 14 и далее на делитель 15 и индикатор 16, ас моста

5 11 сравнения на нереверсивный счет