Устройство для измерения малых угловых перемещений

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРесйублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлеко 0505.80 (21) 2919436/18-28 51) М. КЛ. С 01 В 11/00 с 01 В 11/2 б с присоединением заявки М Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 300782, Бюллетень Мо 28 Дата опубликования описания 300782 мдъ л фР.Ф.Авдуевский, С.А.Башарин и Р).А.Бцф 9 Й 1 ттйд (1 Ъ1 фаР Х,: ф;,чСф,Ленинградский ордена Ленина эл тротещщрскМйинститут им.В.И.Ульянова ( енинЬ)цг. "(54 ) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МА УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ2 оп и диненныйником и выНедостего низкаямех, такпенсации. последним, с фот р емчитателем Г 23.тком устройства являетсточность при наличии иак отсутствует цепь ком Цель изобретенияти измерений. овышенйе точтем, ными Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционных измерений малых угловых перемещений объектов.Известно устройство для измерения величины линейных и угловых пере- . мещений, содержащее источник света, модулятор с генератором модулирующего сигнала, отражатель, фотоприемник и схему обработки сигнала, сос- тоящую из усилителя и блока вычисления отношения фаз (;1.1.Недостатком устройства является малая тпчность измерений, связанная с погреыностями от воздействия помех и отсутствием цепи автокомпенсации.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройст-. во для измерения малых угловых перемещений, содержащее. последователь. но установленные оптическую систему, модулятор светового потока и фото- приемник, генератор опорного сигнала, соединенный с модулятором светового потока, и вычитатель. устрбйство содержит также переключатель, два пороговых элемента, соединенных с входом переключателя, и инвертор, сое- Зо Поставленная цель достигаетсячто устройство снабжено соединенпоследовательно первым детектором, вход которого соединен с выходом вычитателя, первым фильтром и управляеьим источником напряжения, соединенными последовательно первым сумматором, вход которого подключен к выходу фотоприемника, соединенному с входом вычитателя, вторым детектором и вторым фильтром, выход которого соединен с вторым входом управляемого источника напряжения, ивторым сумматором, входы которого соединены соответственно с выходом управляемого источника напряжения и с выходом генератора опорного сигнала, а выход - с вторым входом вычитателя и вторым входом первого сумматора.На Фиг,1 представлена блок-схема устройства на фиг.2 - временные эпюры, поясняющие работу схемы.Устройство состоит из установленных последовательно оптической системы 1, модулятора 2 светового 5 потока и Фотоприемника 3, соединенных последовательно вычитателя 4, подключенного к фотоприемнику 3, первого детектора 5, первого фильтра б и управляемого источника 7 напря жения, соединенных последовательно первого сумматора 8, второго детектора 9 и второго Фильтра 10, выход которого подключен к управляемому источнику 7 напряжения, второго 5 сумматора 11, выходы которого соединены с вторыми входами вычитателя 4 и первого сумматора 8, и генератора 12 опорного сигнала, выход которого соединен с модулятором 2 светового потока и первым входом второго сумматора 11, с вторым входом которого соединен выход управляемого источника 7 напряжения. Измеряется перемещение объекта 13.Устройство работает следующим образом.Световой поток, посылаемый оптической системой 1, отражаясь от объекта 13, возвращается в оптическую систему 1. Пройдя через нее, световой поток проходит через модулятор 2, управляемый опорным гармоническим сигналом Г (Фиг.2,О), вырабатываемым генератором 12. Сигнал на выходе фотоприемника 3 имеет вид взятой по модулю синусоиды, смещенной на величину постоянной составляющей, прямо пропорциональной угловому перемещению объекта (фиг.2,ъ), 140При повороте объекта 13 влево иливправо относительно оптической осивыходной сигнал Фотоприемника 3меняется с частотой опорного сигнала,при этом постоянная составляющая не 45равна нулю. В этом случае имеет место модуляция сигнала. Разность модуляционных максимумов тем больше (тем больше модуляция), чем больше угол поворота объекта 13 относительно направления оптической оси. Разность этих максимумов (глубина модуляции) линейно зависит от" угла поворота объекта 13, а Фаза - от знака этого угла. При изменении знака угла Фаза меняется скачком на 180 О При предельном значении угла поворота объекта 13 относительно оптической оси модуляции равна 100, при этом один из максимумов становится равным нулю. Если же угол поворота объекта 13 равен нулю, то равна нулю и модуляция, при этом оба максимума модуляции становятся одинаковыми. 65 На выходе управляемого источника 7напряжения получается электрическийсигнал Г 8 (фиг.2), по величине иполярности строго соответствующий измеряемому перемещению объекта 13.Пусть первоначально объект 13 занимает положение справа ат оптическойоси оптической системы 1 и перемещается еще правее. Условно будем считать, что сигнал Г 6 на выходе управляемого источника 7 напряжения положителен, если объект 13 занимает положение от оптической оси вправо,и отрицателен, если влево, (Соответствующие этому случак сигналы показаны на фиг,2),Опорный гармонический сигнал Г 9(фиг.2,д ), вырабатываемый генератором 12, поступает на один из входовсумматора 11, на другой вход которого поступает сигнал Г 8 (Фиг.2,6)от управляемого источника 7 напряжения. Б результате на выходе сумматора 11 получается сигнал ГоГэФГ 9(Фиг.2,В). Сигнал Г 1 (фиг.2,ъ) с выхода Фотоприемника 3 соответствуетновому положению объекта 13. Онпоступает одновременно на первыевходы сумматора 8 и ьычитателя 4, навторые входы которых в то же времяйоступает сигнал Г с выхода суммаотора 11. В результате на выходе сумматора 8 получается сигнал Г =Г+ Г(фиг,2,д), а на выходе вычитателя4 - сигнал Г =Г -Г.,(фиг.2,Е). Сигналпройдя через. детектор 9, преобразуется в сигнал Г 4 (фиг,2,ж), асигнал ГЗ, пройдя через детектор 5 -в сигнал Г 8, который в этом случаетождественно равен нулю. Следовательно в рассматриваемом случае сигнална выходе фильтра б также тождественно равен нулю, а сигнална выходе Фильтра 10 не равен нулю(фиг.2, 3), Сигнал Ф прямо пропорционален изменению положения объекта13, Сигнал Г поступает на один извходов управляемого источника 7 напряжения и вызывает измечение сигнала Г 8, который будет увеличиваться до тех пор, пока отрицательныемаксимумы сигнала Го не станут поабсолютной величине равны меньшиммаксимумам сигнала Г . В результате сигнал Г станет только положительным, следовательно, сигналы Г 4и Г 6 станут тождественно равными нулю и в итоге изменение сигналапрекратится. Если объект 13 находится справа от оптической оси, то имеет место модуляции сигнала Г (Фиг,2,г) и при этом Г 8 7 О, если же объект. 13 находится слева от оптической оси, то фаза сигнала Г скачком меняется на 180 ф и лри этом Г 8(0. При перемещении объекта 13 слева напра947638 Формула изобретения Фиг. ИПИ Заказ 5614/62 Тираж 614 Подписно илиал ППП "Патент", г.ужгород, ул. Проектная во работает канал, состоящий из блоков 8 в 10: Г ФО, Ф+- О и сигнал Г 8 растет; при перемещении объекта 13 справа налево работает канал, состоящий из блоков 4-6, 14 0 Г 6 0 и сигнал Ф уменьшается.5Таким образом, на выходе управляемого источника 7 напряжения получается электрический сигнал 18, строго соответствующий по величине и полярности измеряеМому перемещению 10 объекта 13.Ъ5 ак как предлагаемое устройство построено в виде двухканальной следящей автоматической системы с астаФизмом первого порядка,то ошибка 15 йзмерений выходной величины угла в установившемся режиме равна нулю. Таким образом, положительный эффект заключается в повышении точности и быстродействия производимых измерений. Устройство для измерения малых угловых перемещений, содержащее последовательно установленные оптическую систему, модулятор светового потока и фотоприемник, генераторопорного сигнала, соединенный смодулятором светового потока, и вычитатель, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено соединенными последовательно первым детекто- .ром, вход которого сбединен с выходом вычитателя, первым фильтром иуправляемым источником напряжения,соединенными последовательно с первым сумматором, вход которого подключен к выходу фотоприемника, соединенному с входом вычитателя, вторимдетектором и вторим фильтром, выходкоторого соединен с вторым входомуправляемого источника напряжения,и вторым сумматором, входы которогосоединены соответственно с выходомуправляемого источника напряженияи с выходом генератора опорного сигнала, а выход - с вторим входом вычитателя и вторым входом первого сумматора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 408145, кл. 0 01 В 11/00, 1971.2. Авторское свидетельство СССРР 808836, кл. С 01 В 11/00, 1978.