Измеритель виброперемещений Советский патент 1983 года по МПК G01H9/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для точных измерений перемещений в виброкалибро- вочных установках. . Наиболее близким по технической сущ ности к изобретению является измеритель виброперемещений, содергкащий -лазерный интерферометр, включающий формирователь коротких импульсов в опор ном канале, и блок измерения величины перемещений Cl 3 . . . Недостатком известного измерителя является большая погрешность в случае когда наряду с колебаниями основной частоты присутствуют посторонние механические колебания, к которым чувств телен блок измерения величины перемещений. Погрешность измерения особенно заметна при низких частотах и наличии высокочастотных помех. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в измерителе виброперемешений, содержащем лазерный интерферометр, включакиций формирователь коротких импульсов в опорном канале, и блок измерения величины перемещений, последний вьшолнен в виде подключенных первыми входами к формирователю коротких импульсов опорного канала четырёх схем совпадения, инвертора, через который вторые входы второй и -четвертой схем совпадения и измерительного канала интерферометра подключены к вторым входам первой и третьей схем совпадения, формирователя управляющих импульсов.,, один выход которого соединен с третьими входами первой и второй схем совпа- . дения, к второму его выходу подсоединены третьи входы третьей и четвертой схем совпадения, двух реверсивных CHei чикой, выходы первых двух схем совпадения соединены с входами первого реверсивного счетчика, выходы третьей и четвертой схем совпадения соединены с входами второго реверсивного счетчика, подключенного входами к выходам обоих счетчиков измерителя модуля и соединенного с вго выходом цифрового индикатора. На фиг. 1 представлена блок-схема измерителя вйброперемещений; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие рабо ту измерителя; на фиг. 3 представлены фазовые соотношения измерительных импульсов и перемещений. Измеритель виброцеремещёний содер- жит лазерный интерферометр, включакяци в себя, например, гелий-неоновый jja3ep 1, установленные по ходу его луча четвертьволновую пластину 2, светоделительный куб 3, уголковые отражатели 4 и 5 в измерительном и опорном каналах соответственно, полйризавдонные фильтры б и 7, фотоприемники 8 и 9, .формирователи 1О и И прямоугольных импульсов и формирователь 12 коротких импульсов, и блок измерения величины перемещений, выполненный в виде подклю ченных первыми входами к формирователю 12 коротких импульсов опорного кагнала четырех сехм 13, 14, 15 и 16 совпадения инвертора 17, через который вторые входы второй 14 и четвертой 16 схем совпадения и измерительного канала интерферометра (не показан) подключены ко вторым входам первой 13 и третьей 15 схем совпадения, формирователя 18 управляющих импульсов, один выход которого соединен с третьими входами первой 13 и второй 14 схем совпадения, ко второму его выходу подсс единены третьи входы третьей 15 и четвертой 16 схем совпадения, двух реверсивных счетчиков 19 и 20, выходы первых двух схем 13 И 14 совпадения соединены со входами первого реверсивного счетчика 19, выходы третьей и чет вертой схем 15 и 16 совпадения соединены со входами второго реверсивного счетчика 2О, подключенного входами к выходам обоих счетчиков. 19 и 20, измерителя 21 модуля и соединенного с его выходом цифрового индикатора 22. Уголковый отражатель 5 опорного канала приклеен к светоделительному кубу 3, а отражатель 4 связан с объектом измерения. Работает измеритель виброперемещений следующим образом. Плоскополяризационный луч лазера 1 пройдя четвертьволновую пластину 2, np образуется в эллиптически поляризованный и кубом 3 расщепляется на два луча. Один, пройдя светоделительную грань куба 3 и отразившись от отражателя 5 поступает в светоделительный куб, -а второй луч, отразившись от объекта измерений отражателя 4, связанного с объектом измерений, складьгеается с первым. Со светоделительной грани куба 3 луч поступает через поляризационные фильтры 6 и 7 на фотоприемники 8.и 9. Модулированный по интенсивности луч преобразуется в импульс тока в формирователях 1О и 11 (фиг. 2,соответственно УЗ и и,, ). Так как поляризационные фильтры 6 и 7 имеют взаимно перпендикулярные направления пропускания, то импульсы, образующиеся на выходах формирователей 10 и 11 (Uj и U ) сдвинуты друг относительно друга на 90. На выходе формирователя 12 коротких импульсов при движении объекта вверх формируется передним фронтом импульса УЗ короткий импульс U4i а при движении объекта вниз этот импульс формирует задний фронт импульса на выходе формирователя 12 коротких импульсов образуется сигнал U5 (фиг. 2), так как при изменении направления движения на входе формирователя 12 передний и задний фронт входного импульса сдвигаются на величину длительности импульса. Далее короткие импульсы поступают на первые входы четырех трехвхо- довых схем совпадения или логических схем ИЛИ-НЕ. На вторые входы двух из них 14 и 16 поступают прямоугольные импульсы с выхода формирователя 11 непосредственно, а иа вторые входы схем 13 и 15 - через инвертор 17 (фиг. 2, U2). На третьи входы схем совпадения поступают прямоугольные импульсы с формирователя 18 управляющих импульсов. Эти импульсы имеют длительности, равные половине периода колебаний вибростенда, и сдвинуты друг отнрсительно друга на JT/2. Передний фронт первого импульса имеет произвольный сдвиг фа.зы Ч относительно нулевого положения. На фиг. 3 представлена форма колебаний виб.ростенда, где 23 н 24 - распределение импульсов на выходе формирователя 12 коротких импульсов; 25-и 26 сигналы на выходах формирователей 18 управляющих импульсов; 27 и 28 - временные диаграммы сигналов соответственно на суммирующем и вычитающем входах реверсивного счетчика 19; 29 и 30временные диаграммы сигналов соответственно на суммирующем и вычитающем входах вто.рого реверсивного счетчика 20. Импульсы на счетные входы счетчиков поступают тогда, когда на управляющих входах соответствующих схем совпадения появляются логические единицы. Таким образом, число импульсов на суммируюшем и вычитающем входах реверсивных счетчиков.будет равно N ) -() 1л где Sp- амплитуда колебаний вибростеи да; А - длина волны излучения лазера. Тогда общее количество импульсов, поступившее на счетчик 19 за один период измерения, будет равно 45 ,-T 5ih4, Аналргично для второго счетчика 20 с учетом сдвига фазы N -д il-cosH-) (itcosM) N, Так как формирователь 18 управляющих импульсов-соединен с генератором возбу дения (не показан) вибростенда, то при .измерении количество импульсов в счетчиках 19 и 2О. суммируется и за m периодов будет зарегистрировано Mo-rTl-5- C03 f На выходе меритела 21 модуля формируется код, соответствующий величине амплитуды SQ виброперемешений стенда с точностью до 0,1 мкм. Результат измерений отображается на цифровом индикаторе .22. При наличии колебаний, отличающихся по частоте от частоты генератора возбуждения вибростенда, число импульсов, поступивших на суммирующие и вычитающие входы реверсивных счетчиков, примерно одинаково и общее количество импульсов в счетчиках, образовавшееся в результате воздействий помех, стремится к нулю. Использование предлагаемого измерителя виброперемещений в виброкалибровоч- ных установках позволит повысить точность калибровки вибровзмерительных приборов. Формула изобрете.няя Измеритель вибролеремещений. содержащий лазерный интерферометр, включающий, формирователь коротких импульсов в опорном канале, и блок измерения величины перемещений, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и точности измерений, блок измерения величины перемещений вьшолнен в виде подключенных первыми .входами к формирователю коротких импульсов, опорного канала четырех схем совпадения, инвертора, через KOTOpidi вторые входы второй и четвертой схем совпадения и измерителыюго канала нн терферометра подключены к вторым входагу первой и третьей схем совпадения, формирователя управляющих импульсов, один выход которого соединен с третьими входами первой и второй схем совпаденйя, к второму его выходу подсоединены третьи входы третьей и четвертой схем совпадения, двух реверсивных счетчиков, выходы первых двух схем совпадения соединены с входами первого реверсивного счетчика, выходы третьей и четвертой схем совпадения соединены с входами второго реверсивного счетчика, подключенного входами к выходам обоих счетчиков измерителя модуля и соединен.ного с его выходом цифрового йндикато- Источники информации принятые во внимание при экспертизе 1. Бердичевский А. М . и др. лПазерные интерферометры. Обзоры по электронной технике ин-та Электроника, вып. 7 (133. М., 1973, с. 28-ЗО. рис. 22 (прототип)..

fff

f

8

И}

/

f

/

г2

LI

/tf

fs

ГР

.

г

Ф1/г.г