Устройство для измерения перемещений объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения путем повышения коэффициента преобразования устройства. Пучок излучения от источника 1 излучения отражается, затем делится светоделителем 3 на два пучка, в каждом из которых на линейном участке гауссовой кривой распределения интенсивности излучения установлено по паре фотоприемников 4,5 и 6,7 на расстоянии D друг от друга. В измерительной схеме измеряется крутизна преобразования первого и второго потоков и величина смещения этих потоков относительно первоначального положения. Затем по данным измерительной схемы в блоке 18 вычисления определяют величины линейного и углового перемещений объекта, которые отображаются на блоке 19 индикации. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (so 4 С 01 В 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOlVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTKPbfTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4290768/24-28 (22) 27.07.87 (46) 23.05.89. Бюл. N 19 (72) В.А.Абрамов, В.Г.Калиниченко, Е.И.Лапицкий, А.Н.Мотуз, В.M.Ñêðèïник и И.И. Савчанчик (53) 531.7.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1252668, кл. G 01 В 21/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕИЕЩЕНИЙ ОБЬЕКТА (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения— повьппение точности измерений путем повьппения коэффициента преобразования устройства. Пучок излучения от

„„SU„„1481596 А 1

2 источника I излучения отражается, затем делится светоделителем 3 на два пучка, в каждом иэ которых на линейном участке гауссовой кривой распределения интенсивности излучения установлено по паре фотоприемников 4,5 и 6,7 на расстоянии 1 друг от друга, В измерительной схеме измеряется крутизна преобразования первого и второго потоков и величина смещения этих потоков относительно первоначального положения. Затем по данным измерительной сесемы в блоке

18 вычисления определяют величины линейного и углового перемещений объекта, которые отображаются на блоке 19 индикации, 3 ил.

1481596

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения параметров вибраций различных объектов °

Цель изобретения — повьппение точности измерений путем повьппения коэффициента преобразования устройства.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2схема расположения фотоприемников относительно гауссовой кривой распределения интенсивности излучения вдоль диаметра светового пятна и получения выходных .сигналов; на фиг. 3 — схема блоков вычисления.

Устройство содержит оптически связанный источник 1 излучения, отражатель 2 и светоделитель 3, первый 4, второй 5, третий 6 и четвертый 7 фотоприемники, измерительную схему, состоящую из двух измерительных ка..налов, первый канал состоит из блока 8 суммирования, последовательно соединенных блока 9 разности, аттеню. атора 10, масштабного усилителя 11 блока 1.2 деления, выход блока 8 суммирования соединен с вторым входом блока 12 деления, второй измерительный канал состоит из блока 13 суммирования, последовательно соединенных б блока )4 разности, аттенюатора 15, масштабного усилителя 16, блока 17 деления, выход блока 13 суммирования соединен с вторым входом блока 17 деления, последовательно соединенные блок 18 вычисления и блок 19 индикации. Выходы первого 4 и второго 5 фотоприемников подсоединены соответственно к первым и вторым входам блоков суммирования 8 и разности 9 первого измерительного канала, а выходы третьего 6 и четвертого 7 фотоприемников подсоединены соответственно первым и вторым входам блоков суммирования 13 и разности 14 второго измерительного канала. Выходы блоков 12 и 17 деления подсоединены соответственно к первому и второму входам блока 18 вычисления.

Пбследний содержит первый блок 20 разности, на первый блок которого подается сигнал А<, а выход его соединен с входом первого аттенюатора

21, второй блок 22 разности, на первый вход которого поступает сигнал

А, а на второй А,, выход второго блока 22 разности последовательно через второй аттенюатор 23 и масштаб5

55 ный усилитель 24 подключен к второму входу первого блока 20 разности (фиг. 3) . Каждая пара фотоприемников 4, 5 и 6,7 один от другого разнесены на базовое расстояние Й (фиг.. 2), каждая пара фотоприемников 4,5 и 6,7 установлена на расстояниях 1„ и L, соответственно, от светоделителя Э (фиг. 1).

Устройство работает следующим образом.

Пучок излучения, формируемый источником 1 излучения, направляется на отражатель, связываемый с объектом. Отраженный пучок делится светоделителем 3 на два пучка, в каждом из которых на линейном участке гауссовой кривой распределения интенсивности излучения установлены по паре фотоприемников 4,5 и 6,7 (фиг. 2) на базовом расстоянии d между фотоприемниками в паре, при. этом D— диаметр светового пятна, х — текущее расстояние от центра светового пятна, U+„(x) — величина сигнала на выходе каждого фотоприемника в зависимости от х.

Сигнал с первого фотоприемника 4 поступает на первые входы блока 9 разности и блока 8 суммирования, Сигнал с второго фотоприемника 5 поступает на вторые входы блока 9 разности и блока 8 суммирования.

Разностный сигнал с выхода блока 9 разности ослабляется аттенюатором

10 в Й раз и далее поступает на вход масштабного усилителя 11, где

I усиливается в 2 раза и поступает на первый вход блока 12 деления. На второй вход блока 12 деления поступает суммарный сигнал с выхода блока 8 суммирования. С выхода блока 12 деления первого канала сигнал поступает на первый вход блока 18 вычисления.

На. второй вход последнего поступает аналогичный сигнал с второго канала, С первого выхода блока 18 сигнал, пропорциональный линейному перемещению, поступает на первый вход блока 19 индикации, а с второго выхода блока 18 сигнал, пропорциональный угловому перемещению, поступает на второй вход блока индикации.

При линейно-угловых перемещениях отражателя 2 на входе блока 18 формируются сигналы, пропорциональные линейному и угловому перемещениям и расстоянию от каждой пары фотопри1481596

15

25

Ъ (Ucpq4 + Upped ) cl

-U (x) = U + 2Бдх, 45

А2- А<

А- h — - 1. — 1., 2 sinN

50 д Б(х) дх

1 A «2arctg и — величина

А» Az- A

1 < смещения светового расстоянии h, от где А< пятна на объекта;

А — величина и смещения светового расстоянии h от пятна на объекта; емников 4,5 и 6,7 до светоделителя

3. Сигнал на выходе-каждого .фотоприемника пропорционален относительному смещению А светового пятна на плоскости фотоприемника и крутизне S преобразования: U „= А- 8, где S =

= 5U(pp /Дх - коэффйциент пРеобРазования, равный отношению приращения

5U напряжения на,выходе фотоприемника к величине дх относительного смещения светового пятна на плоскости фотоприемника, вызывающий это смещение.

Использование блока 8 (13) суммирования сигналов фотоприемников позволяет увеличить чувствительность оптико-электронного измерителя вибрации °

Действительно, для линейного участка гауссовой кривой распределения интенсивности по диаметру светового пятна для первого и второго фотоприемников канала можно записать

UФп (х) Uî,р + S4дхэ

U organ g

«рa g — величина сигнала в точке установки фотоприемников.

Дня суммарного сигнала (х) о рп + о рпд.

+ (S4 + S )ëõ.

Для однотипных фотоприемников можно обеспечить условие Я,= 8 = 8, тог- 40 да где

U =U +U о ocpn «p <

Коэффициент преобразования по суммарному каналу в 2 раза больше, чем в известном;

Таким образом, чувствительность устройства увеличивается за счет увеличения крутизны преобразования фотоприемника.

Величина коэффициента преобразования зависит от мощности излуче" ния, диаметра светового пятна, расстояния между объектом и фотоприем- ником. Изменение одного из указанных факторов влияет на точность измерения параметров вибраций. Для повышения точности измерений в устройстве крутизна преобразования измеряется автоматически и учитывается при вычисл нии перемещений.

Каждая пара фотоприемников 4,5 и 6,7, расположенных на базовом расстоянии ci один от другого и размещенных на линейном участке гауссовой кривой преобразования, позволяет формировать сигнал, пропорциональный крутизне преобразования, который поступает на первый аттенюатор 10 и далее усиливается масштабным усилителем 11 в 2 раза, чтобы соответствовать крутизне преобразования:

U yn+ — Upas.

S = 2S = 2

X Й

С выхода масштабного усилителя 11 сигнал поступает на первый вход блока 12 деления, на второй вход которого поступает сигнал U = U „ +

+ U „ ° Ha выходе блока 12 формируется сигнал который поступает на первый вход блока 18 вычисления. На второй вход блока 18 вычисления по второму из" мерительному каналу амплитуды смещения светового пятна на плоскости фотоприемников 6 и 7, расположенных. на расстоянии 1. от светоделителя 3, поступает аналогично сигнал

Й (П Р6 + U+A7

2 2 (Б(рой 11,рпч )

В блоке 18 формируются сигналы, пропорциональные х-линейному и 1 -угловому виброперемещению, и подаются на входы блока 19 индикации:

1481596

Ы, — угол падения пучка лучей на отражающий элемент;

Ь " h, Š— !., — оптическая разность хода лучей.

Блок 18 вычисления работает следующим образом.

Раэностный сигнал А — А, с выхода второго блока 22 разности ослабляется вторым аттенюатором 23 в 2 (L - L,} раз и поступает на второй вход блока 19 индикации и на. вход масштабного усилителя 24, где усиливается в 4 раза и подается иа второй вход первого блока 20 разности.

Разностный сигнал

15

А-А»

А" L

4 1

1 с выхода первого блока 20 разности ослабляется первыми аттенюатором 21 в 2 h и ос, раз и в виде сигнала х подается на первый вход блока 19 индикации. В последнем осуществляется индикация х-линейной и 1 -угловой составляющей перемещения.

Таким образом, в предлагаемом устройстве повышается чувствительность за счет увеличения коэффициента преобразования фотоприемников по суммарному каналу.

25

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещений объекта, содержащее источник излучения с гауссовским, распределением интенсивности в поперечном сечении пучка излучения, установленные последовательно по ходу пучка излучения отражатель, связываемый с объектом, светоделитель, предназначенный для разделения отраженного пучка излучения на два световых потока, первый и второй фотоприемники, установленные по ходу первого светового потока на расстоянии L îò светоделителя, третий и четвертый фотоприемники, установленные по ходу второго светового потока на расстоянии

L< от светоделителя, последователь-. но соединенные измерительную схему, блок вычисления и блок индикации, A0T0llpHGMHHKH p 0 eHM e OT

1 второго, третий от четвертого на базовом расстоянии 1 о т л и ч а— ю щ .е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, измерительная схема выполнена в виде двух измерительных каналов, каждый из которых состоит из соединенных последовательно блока разности, аттенюатора, масштабного усилителя и блока деления, блока суммирования, выход

Которого соединен с вторым входом блока деления, выходы первого и второго фотоприемников соединены соответственно с первыми и еторыми входами блока суммирования и блока разности первого измерительного канала, а выходы третьего и четвертого фотоприемников - с первыми и вторыми: входами блоков суммирования и блока разности второго измерительного канала.! 481596

Составитель О. Несова

Техред M.Ходанич Корректор Г.Джула

Редактор Н. Бобкова

Заказ 2675/41 Тираж 684 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035,. Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101