Устройство для автоматического измерения перемещений

Авторы патента:

G01C23G08C9/06 -

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕДЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свмд-ву(22) Заявлено 040179 (21) 2706635/40-23 (51)М. Кл. с присоединением заявки № (23) ПрморитетвЂ”

С 01 С 23/00//

0 08 С 9/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.1230.бюллетень ¹ 48

Дата опубликования описания 301280 (53) УДК 681. 325 (088.8) (72) Автор изобретения

О.А.Хайнацкий (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОИАТИЧЕСКОРО ИЗМЕРЕНИЯ

ПЕРЕИЕЩЕНИЙ

Это устройство обладает недостаточной точностью измерений из-за того, что используемые в нем излучатели ие могут обеспечить по технологическим и эксплуатационным причинам равенство световых потоков с высокой точностью

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и может быть использовано для измерения линейных и угловых перемещений.

Известно устройство для автоматическoro измерения перемещений (1) содержащее генератор импульсов, соединенный со счетчиком, выходы которого соединены со входами дешифратора и регистра точного отсчета, свето- т0 воды, соединенные в жгуты, растры с различающимися шагами, соединенные с помощью одних световодов с фотоприемником, который через последовательно соединенные усилитель, фильтр, фор- Я мирователь "0-переход" подключен к блоку управления, выход которого соединен с другим входом регистра точного отсчета, излучатель, оптические затворы, каждый из которых соединен 20 с соответствующим выходом дешифратора, второй излучатель, соединенный через другие световоды с каждьм оптическим затвором, которые через другие световоды соединены с растра- 25 ми с различающимися шагами.

Это устройство обладает сложностью конструкции.

Известно устройство для автоматического измерения перемещений (2), 30

2 содержащее трехфазный источник напряжения, три излучателя,. соединенных входами с выходами трехфазного источника напряжения, блок диафрагм, состоящий иэ трех диафрагм, узел светопроводов, вклк1чающий три светопровода, соединенных входными торцами с выходами излучателей, а выходными торцами со входами диафрагм одинаковых -no номеру с порядковыч номером излучателей, растровый нониусный преобразователь, установленный на выходе блока диафрагм, фотоприемник, расположенный иа оптической оси блока диафрагм по другую сторону растрового ноииусного пробразователя, избирательный усилитель, соединенный входом с выходом фотоприемника, блок формирования полезного сигнала, соединенный входами с выходом избирательного усилителя и четвертым выходом трехфазного источника напряжения.

792075 тым выходом трехфазного источника 1 напряжения, блоки диафрагм смещены относительно первого блока диафрагм вдоль растра растрового нониусного преоб5 разователя на шаг, равный Л1 . = г Р„+

+1/4 А р ), где: 4 =1,2,3; à% вЂ” шаг растрового нониусного сопряжения.

Устройство работает следующим образом.

Источники излучения (излучатели )

2,3,4 возбуждаются трехфазным источником 1 напряжения, в результате чего на выходах излучателей 2,3,4 генерируются переменные во времени свет<двые потоки, определяемые уравне1$ ниями:

Ф1 о.г" 1г„ ""а t, Ф = Фо + Ф гг,51п Мо +1 о ); (9)

20 э оъ Ф д, в1п (Шо г+24о ) > где ФО1, @ох . г о вЂ” среднее значение светового потока, Ф„..., Ф „,, Ф „„- амплитуда переменной составляю25

Световые потоки Ф1, ф, Фз через светопроводы поступают соответственно на первые, вторые, третьи входы блоков диафрагм, а затем, пройдя через диафрагмы 17,18,19 каждого из блоков диафрагм, поступают на Растровый нониусный преобразователь в виде трех световых потоков г 1 АЕ 4»

35 с линейным размером в сечении потока, равным длине диафрагмы 6,.Причем в пределах длины каждого блока диафрагм световые потоки ф„, Ф, Фз смещены относительно друг друга на

4() шаг, равный 3 q = (1/3) <оПри прохождении светового потока через нониусный растровый преобразователь, как известно из t23, с.142, 143, на выходе растрового звена образуется пространственный оптический

4 периодический сигнал комбинационные полосы, шаг которых равен:

При этом:

- В каждом узле светопроводов светопроводы 5-16 входными торцами соединены с выходами излучателей 2-4; соответствующими номеру блока диафрагм, а выходными торцами со входами диафрагм одинаковых по номеру с порядковым номером излучателей 2-4, растровый нониусный преобразователь расположен между блоками диафрагм и фотоприемниками 22-25;

- фотоприемники 22-25 расположены на оптических осях блоков диафрагм, избирательный усилитель 26 соединен входами с выходами фотоприем- Я ника 22 и фаэосдвигающих блоков 2729 соответственно на угли K (гь 3/2, блок 30 формирования полезного сигнала соединен входами с выходом избирательного усилителя 26 и четвер- 65

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что оно дополнительно снабжено тремя блоками диафрагм, идентичными первому блоку диафрагм и смещенными относительно него вдоль растров на ttlB1", равный

Л4 = 1(kp+1 4 ЛQ) где: g =1,2,3-порядковые номера дополнительно введенных

qr блоков диайрагг1, g0 вЂ” шаг растрового

L нониусного сопряжения, тремя узлами светопроводов, светопроводы которых соединены входными торцами с выходами излучателей, соответствующими номеру блока диафрагм, а выходными торцами так же, как и светопроводы первого узла светопроводов, тремя фотоприемниками,. расположенными на оптических осях дополнительных блоков диафрагм по другую сторону от растрового нониусного преобразователя, тремя фазосдвигающими блоками, соединенными входами с выходами соответствующих фотоприемников, а выходами со входами избирательного усилителя.

На Фиг.1 представлена блок-схема предлагаеглого устройства, на фиг.2 дополнительные разрезы и сечения, поясняющие конструкцию устройства.

Устройство для автоматического измерения перемещений содержит трехфазный источник 1 напряжения, три точечных излучателя 2,3,4, соединенные входами с выходами источника 1 . напряжения, четыре узла светопроводав, включающих светопроводы 5-16, четыре блока диафрагм, каждый из которых состоит из трех одиниковых диафрагм 17,18,19 растровый нониусный преобразователь, включающий измерительный растр 20 и индикаторный растр 21, фотоприемники 22-25, избирательный усилитель 26, фаэосдвигающие блоки 27-29, соединенные входами с выходами соответствующих фотоприег4ников 23, 24, 25, и блок 30 Формирования полезного сигнала.

Лиъ Лин (10) где "и Лин Л Л Ли у 5 причем пространственная фаза этого оптического сигнала перемещается в функции от измеряемого перемещения по формуле: Ф

Прс -Л о1 где вЂ” измеряемое перемещение.

На фиг.2 сечение В-В показано в упрощенном виде распределение освещенности (А) в пространственном периодическом сигнале на выходе растрового преобразователя, которое, как известно, определяется уравнением: е() =Aä+À ñîâ((6è Q„„)(d+ „"e о))02) г

792075

27с 2 где 9 = Л Вин ) и ин

В этом случае амплитуды световых потоков 41, Фго, Фщ, прошедших через диафрагмы 17,18,19 первого блока диаФрагм и растровый преобразователь, будут равны:

К9

Ф1 { о )=) E((.)Ф»д (;

42(ko,t) - J eЫ)ф,йь, (13)

Ь я фз{ оФ= f Е(аф,а.(.. гЕс з

Суммарный световой поток Ф = Ц,ф;А

«(й/,о )поступает на Фотоприемник 15 где он преобразуется в электрический

y U co9(Qg-Q(g )) ф» Фм о где. Ч((о) = e„>aо = йдо, так как e„>-И (14)

Из получейного уравнения ьид;ю, что в результате преобразований пространственная ФазаЧ ооптического сигнала F(aL), сформированного на выходе преобразователя, линейно преобразуется в фазовый сдвиг P(до) электрического сигнала /4/, причем перемещению пространственного сигнала в пределах этого сигнала, равного соответствует Фазовый сдвиг сигнала /14! на 360, т.е. о при Ч, =0 вЂ” Ч (о)=0, Р„рс=360 Ч(а(о). =360, /15/

При неравенстве световых потоков излучателей 2,3,4 сигнал /14! имеет

:u,=О.сж(-ЧЫ.).дЧ,„М.(Ч{ )

ГДЕ ДМ»И (ДЧ, -„а. лПЛИтУДЫ фаЗОВЫХ ПОГрешностей, обусловленных неравенством световых потоков Ф1 ф фф щ.

Аналогично вышеизложенному амплитуды световых потоков фл, ф2 и ф

l9I источников излучении 2,3,4, про- шедших через другие блоки диафрагм и через растровый преобразователь, .будут также определяться по уравнениям /13/, И4/, /15/, 16/ .. Однако, 8 этом случае, так как другие блоки диафрагм смещены относительно оптической оси первого блока диафрагм (принятого в качестве начала отсчета) на указанные выше шаги, то вслед.ствие этого фазовый сдвиг выходного сигнала фотоприемников 23,24,25 в уравнении /16/, как видно из фиг.2 и /15/, будет смещен относительно фазового выходного сигнала Фотоприем.ника 22 на величину, равную:

Для Фотоприемника 23 фазовый сдвиг !(,(„)будет смещен íà /ZI2, т.е. цф Кф Ц cos(t Ч Ио)дЧ„э»и(Ч (ао)+

+ (ач) + дЧ2цэл9 "ЬЧ ((о)» / 2нпч13ф (17)

1 Xæ где Ч (a ) =Ч((о)+ «2 °

Откуда следует, что при выполнении условий: (24) ! o»=()o2=%s=оР4

5 фазовые погрешности дО»,, н д02...д.

s выходном сигнале 23/, вследствие ,взаимной конденсации равны нулю, при этом фазовый сдвиг этого сигнала будет строго пропорционален измеряемого му перемещению, т.е.

М,=ч и соэфиоС- {к,)), (25) На практике вследствие нестабилв ности коэффициентов передачи ФотоприДля фотоприемника 24 фазовый сдвиг

Ч(Ы )будет смещен на М, т.е.

О -К ц созыв Ь-Ч (Ао)+аЧ„.щэ1п(Ч (4о)»

4»исаич)+ о 0 „. „51н(1Ч" (Ао) Аг «чИ

5 где: Ч (4о) =VQ.o)+r ° (18) для фотоприемника 25 фазовый сдвиг:

Ч(< о) будет смещен на Я, т.е.

0 „=К „О СофЮф-.Ч (ao)»-aV,„„S»Ü(V «(4о)»

1р + »мач + Ч2 ъл 1и (2V (о) 4 г мач )å (19)

ГАЕ V "!Ао) =Ч{с(о)»5)2Я

Выходной электрический сигнал

/17/ фотоприемника 23, смещенного на (1+1/4)Ло, в фазосдвигающем бло$$ ке 16 смещается по фазе íà ft/2 (94 ), т.е. 0 ф примет вид: (/4,2 = 4,„20 cosfkP +-Ч(. ) - ф i - ( ьМ з1и (фЫо)».(1ь ч » Ч2„ „si (24(go)»

З 4 / 2иоч11 °

Выходной электрический сигнал

/18! фотоприемника 24, смещенного на 2,5 Ао, в фазоинверторе 28 смещается по фазе на угол + Ю, т.е.

2$0yq примет вид:

, срэ(м .»4(,4) " +палач„.„. „.з»и- (21) Р < о)+ »иач 1»О Ч2К 4о (2Ч (о)» 2íöù)1.

Выходной электрический сигнал /1ф

30 фотоприемника 25, смещенного на

15/4 Ар, в фазосдвигающем блоке 29 смещается по фазе на +3/2 fi,ò.е. ()@и примет вид: цщ К 0©casgvot<(lp)+0V» Ыфу (d. )t

»науч + 2,байр (2М ЫО)йМ. гй» у )3

Суммарный сигнал, равный сумме сигналов /19/, /20/, /21/,!22/, на выходе избирательного усилителя равен:

U<=(u.„-u,-V..-u.,) ce.(w.a-V(g.)).

» ЬЧ»май(Нр»-U< ) х s

-О -М,41а0 „,„ъ»п 2(Ч(Ь)

+»!2ио,ч ЙМ1 Щ)1-Ч(Ао)1, (2Ъ) где «61 О Фо» 0o2 =UoK,фиг и =() К ы04 вво) ФМ UoS =Оо 1 (ply% °

792075 емников 22-25 может иметь место отклонение амплитуд выходных сигналов

/16/, /20/, /21/, 22/ от рассчетных параметров /24/. В этом случае полной компенсации фазовых погрешностейй 0 »„и д О и „в выходном сигнале (25) не произойдет, Однако оставшаяся часть слагаемых, обусловленных неравенством амплитуд сигналов (16),(20),(21)

/22/, как следует из /23/, вносит погрешность 2-oro порядка малости.

Так, например, при использовании l© в предложенном устройстве относительно грубых фотоприемников типа 9Д-7К, обеспечивающих неравенство амплитуд выходных сигналов /16/, /20/, /21 /, /22(с .погрешностью не хуже 10%, фаэовая погрешность преобразования (4иъли АQ>»л обусловленная.нер венством световых потоков ф1, Ф

Ф /9 / источников излучения 2,3,4, уменьшается в данном устройстве, как gg следует из /23/, не менее, чем в

10 раз.

Таким образом, предложенное устройство позволяет повысить точность измерения контролируемого перемещения за счет уменьшения влияния неравенства световых потоков источников излучения на точность преобразования измеряемого перемещения в фазо. вый сдвиг электрического сигнала.

Зб

Формула изобретения

Устройство для автоматического измерения перемещений, содержащее ЗЗ трехфазный источник напряжения, три излучателя, соединенных входами с выходами трехфазного источника напряжения, блок диафрагм, состоящий из трех диафрагм, узел светопроводов, щ включающий три светопровода, соединенных входными торцами с выходами излучателей, а выходными торцами со входами диафрагм одинаковых по но= меру с порядковым номером излучателей, растровый нониусный преобразователь, установленный на выходе блока диафрагм, фотоприемник, расположенный на оптической оси блока диафрагм по другую сторону растрового нониусного преобразователя, избирательный усилитель, соединенный входом с выходом фотоприемника, блок формирования полезного сиг.нала, соединенный входами с выходом избирательного усилителя и четвертым выходом трехфазного источника напряжения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно дополнительно снабжено тремя блоками диафрагм, идентичными первому блоку диафрагм и смещенными относительно него вдоль

РастРов на шаг, Равный 34+ 1(Лс+1/4М ), где 4 =1,2,3- порйдковые номера дополнительно введенных блоков диафрагм, Ао вЂ” шаг растрового нониусного сопряжения, тремя узлами светопроводов, светопроводы которых соединены входными торцами с выходами излучателей, соответствующими номеру блока диафрагм, а выходными торо цами так же; как и светопроводы первого узла светопроводов, тремя: фотоприемниками, расположенными на оптических осях дополнительных блоков диафрагм по другую сторону от растрового нониусного преобразователя, тремя Аазосдвигающими блоками, соединенными входами с выходами соответствующих фотоприемников, а выходами со входами избирательного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 63305), кл. G08 С 9/06, 01.06.77.

2. Фотоэлектрические преобразователи информации. Под ред. Л.Н.Преснухина М., 1974, с. 219 (прототип ).

792075

0птич еская ест Блока

8uuppuzrr

Редактор Т.Кузнецова

Заказ 9417/40 Тираж 801 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППЛ "Патент", r.Óæãoðoä, ул.проектная,4 ь-и