Оптический датчик перемещений

) 1665229 А 5 6 01 В 21/00 ГОСУДАРСТВЕННЫ И КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКО(56) Авторское свидетельство СССРМ 1112228, кл, 6 01 В 21/00, 198754) ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано длябесконтактных измерений колебаний поверхностей, например поверхностей радиоэлектронных элементов, лопаток турбин и т.д, Цель изобретения - повышение точности датчика за счет уменьшения погрешности от изменения отражающих свойств измеряемой поверхности и изменения характеристик элементов схемы, В датчике введены два аналогичных канала фотоприемник 1 (7) - усилитель 2 (8) - усилитель 4 (9) рассогласования - источник 6 (11) света. Восприятие сигнала от поверхности осуществляется с помощью трехпучкового световода, а компенсация изменения характеристик элементов датчика - с помощью двух световодов, соединяющих второй источник 11 света и фотоприемники 1, 7. 4 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано длябесконтактных измерений колебаний поверхностей, например поверхностей радиоэлектронных элементов, лопаток турбини т,д;Цель изобретения - повышение точно, сти оптического датчика перемещений засчет уменьшения погрешности от изменения отражающих свойств измеряемой поверхности и изменения характеристикэлементов схемы,На фиг.1 представлена функциональ, ная схема оптического датчика; на фиг,2 -схема блока управления; на фиг.З - схемарегулятора светового потока; на фиг,4 - временные диаграммы сигналов в различныхточках схемы,Оптический датчик перемещений со держит последовательно соединенные пер вый фотоприемник 1, первый усилитель 2,устройство 3 выборки-хранения (УВХ), первый усилитель 4 рассогласования, первыйключ 5, первый источник 6 света, выходусилителя 2 соединен с вторым входомпервого усилителя,4 рассогласования, последовательно соединенные второй фото ,приемник 7, второй усилитель 8, второйусилитель 9 рассогласования, второй ключ10, второй источник 11 света, с которымсвязан регулятор 12 светового потока, источник 13 опорного напряжения, соединенный с вторым входом второго усилителя 9рассогласования, выход второго усилителя8 подключен к регистратору 14, блок 15 управления, светопроводящую систему, выполненную в виде трех пакетов подводящих16, отводящих 17 и 18 световодов и двухпакетов 19 и 20 световодов, соединяющих. регулятор 12 светового потока с первым 1 ивторым 7 фотоприемниками соответственно, Первый выход блока 15 управления соединен с входами коррекции усилителей 2 и8; второй выход - с вторым входом УВХ 3 иуправляющим входом ключа 10, третий выход - с управляющим входом ключа 5, Торцы21 пакетов 16-18 световодов объединены ирасположены над поверхностью 22, расстояние до которой измеряется,Блок 15 управления содержит последовательно соединенные генератор 23 импульсов, первый 24 и второй 25 ждущиемультивибраторы. Первый: выход блока 15управления является выходом генератора23 импульсов, второй выход - выходом первого ждущего мультивибратора 24, а третийвыход - выходом второго ждущего мультивибратора 25.Регулятор 12 светового потока можетбыть выполнен в виде двух винтов 26 и 27, сигналу на выходах обоих усилителей 2 и 8 30 устанавливается очень малое выходное напряжение, что позволяет резко уменьшить чувствительность датчика к окружающему свету и электрическим наводкам. При этом сигналы на выходах усилителей 2 и 8 01 = 02 =О. Следовательно, и выходное напряжение на регистраторе 14 Ооцх = 02 = О. После съема сигнала 971 на второй вход УВХ 3 и на управляющий вход второго ключа 10 подается сигнал уг длительностью тг. Второй ключ 10 открывается., Так как значение Ооо на выходе источника 3ОПОРНОГО НаПРЯжЕНИЯОоп02, тО СИГНаЛ раССОГЛаСОВаНИя д О = Ооо - 02 уСИЛИВаЕтСя усилителем 9 рассогласования и через ключ 10 поступает на второй 1 сточник 11 света, интенсивность излучения которого в данный момент максимальна. Пусть К 1(х), Кг(х), Кз, Ка - коэффициенты передачи светового потока по пакетам 17-20 световодов, К 1 У, К 2 У- коэффициенты преобразования первого фотоприемника 1, усилителя 2 и второго фотоприемника 7, усилителя 8, Р 1, Рг - световой поток, излучаемый первым 6 и вторым 11 источниками света соответственно.Часть светового потока от источника 11света поступает по пакету 19 световодов на фотоприемник 1, а часть - по пакету 20 световодов на фотоприемник 7. Сигналы с фо.топриемников 1 и 7 усиливаются 5 101520 установленных между вторым источником 11 света и торцами пакетов 19 и 20 световрдов с возможностью возвратно-поступательного перемещения,Оптический датчик работает следующим образом,Работу датчика рассмотрим на одном периоде Т = тз (фиг.4). Время Т = г 1 +г 2+тз тг 1 =11 тГ 2 =12 - 11 т ГЗ = тЗ - тг, г д е т 1, Тг, ТЗ - д л и т е л ьность сигналов р 1р, формируемых блоков управления. соответственно.В последующих интервалах времени при тТ работа датчика происходит аналогично,Перед началом работы снимают статическую характеристику датчика Овых ,где Овх = 02 - выходное напряжение, х - расстояние между торцом 21 пакета световодов и поверхностью 22. На статической характеристике выбирают середину линейного участка (точка хо) и в точку хо устанавливают торец 21, Возбуждаются вибрацииповерхности 22 (например, включением вибростенда) и производятся измерения.Перед началом работы на входы коррекции первого 2 и второго 8 усилителей подается сигнал р 1 длительностью г 1. По этому1665229 5 10 55 усилителями 2 и 8, Так как на втором входе УВХ 3 сигнал рг, то напряжение О 1 на выходе усилителя 2 запоминается в УВХ 3 (но это напряжение не проходит на источник 6 света, так как ключ 5 закрыт). Напряжение на выходе усилителя 8 Ог -фОоп уменьшает сигнал рассогласования д О, при этом на выходе усилителя 9 рассогласования устанавливается некоторое значение напряжения О 9 К 9 Ооп1+ К 9 Ргде К 9 - коэффициент усиления усилителя 9;Ооп - величина опорного напряжения, формируемого источником 13 опорного напряжения;Р - коэффициент передачи канала, образованного источником 11 света, фотоприемником 7 и усилителем 8. При К 91 имеем ОопО 9 = - .РЭтому напряжению О 9 соответствует некоторый световой поток. излучаемый источником 11 света, а в УВХ 3 запоминается соответствующее значение напряжения О 1. Величина светового потока, излучаемого источником 11 светаО оп (1)К 4 Кгуа напряжение на УВХ в этот моментО,=О 1=Кзк 1 уР 2. (2)После снятия сигнала 1 сг на УВХ 3 запоминается значение Ох согласно(2) и ключ 10 закрывается, Источник 11 света перестает излучать свет.При подаче сигнала а на управляющий вход ключа 5 напряжение с усилителя 4 рассогласования поступает на источник 6 света. Часть светового потока, отраженного от поверхности 22, пЬ пакету 17 световодов поступает на фотоприемник 1, а часть по пакету 18 световодов - на фотоприемник 7, Сигнал на выходе усилителя 8 является выходным сигналом Овых, который фиксируется на регистраторе 14Овцх = Ог = Кг (х) Кгу Р 1. (3)Сигнал на выходе усилителя 2О 1 = К 1 (х) К 1 у Р 1. (4)При 01= Ох, приравнивая (2) и(4), имеемК 1(х) Р 1 = 3 Рг,(5)Подставляя Р 2 из (1) и Р 1 из (3) в (5), получимК 1(х)Таким образом, выходное )апряжение О Вых зависит только от коэффициентов передачи световодов, Ооп и расстояния х до поверхности 22 и не зависит от изменения коэффициентов передачи усилителей, изменения характеристик фотоприемников и источников света, что значительно повышает точность датчика.Компенсация изменения отражающих свойств поверхности 22 производится автоматически в процессе измерений (интервал ВРЕМЕНИ тэ - 12),Обеспечение компенсации особенно важно, например, при длительных виброиспытаниях(например, при усталостных испытаниях лопаток авиационных двигателей производится порядка 2 10 циклов испытаний, что при частотах от 100 до 1000 Гц 15 требует работы датчика в течение 1 - 5 ч).Время коррекции харакгеристик элементов схемы датчика т 1 =тг = 10 мс, Время измерений тз выбирается в зависимости от стабильности условий работы датчика и 20 частоты вибраций поверхности. Формула изобретения Оптический датчик перемещений, содержащий иСточник света и фотоприемник, 25 светопроводящую систему иэ двух пакетовподводящих и отводящих световодов, свя-.занных с источником света и фотоприемником соответственно, первый источник света, первый фотодриемник, регистратор и 30 источник опорного напряжения, о тл и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности, он снабжен последовательно соединенными первым усилителем, устройством выборки-хранения, первым усилителем 35 рассогласования, первым ключом, выход которого соединен с первым источником света, последовательно соединенным с вторым фотоприемником, вторым усилителем, вторым усилителем рассогласования, 40 вторым ключом, вторым источником света,первый фотоприемник соединен с входами первого усилителя, выход которого подключен к второму входу первого усилителя рассогласования, выход второго усилителя 45 соединен с входом регистратора, а выходисточника опорного напряжения - с вторым входом второго усилителя рассогласования, блоком управления, первый выход которого подключен к входам коррекции первого и 50 второго усилителей, второй выход - к второму входу устройства выборки-хранения и управляющему входу второго ключа, третий выход - к управляющему входу первого ключа, регулятором светового потока, связанным с вторым источником света, третьим пакетом отводящих световодов, связанным с вторым фотоприемником, четвертым пакетом световодов, соединяющим регулятор светового потока с первым фотоприемни1665229 ком, пятым пакетом световодов, соединяющим регулятор светового потока с вторым фотоприемником, причем торцы первого,62. и Фиг Ф Составитель Е.ГлазковаРедактор Н,Тупица Техред М.Моргентал Корректор М.Демчик Заказ 2385 Тираж 380 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открИтиям113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 КНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 3 Ц второго и третьего пакетов световодовпредназначены для сопряжения объектом,иобъединены. 276