Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9) 01 1 1 В 21(00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСА М АВТОРСНО ОБРЕТЕ СТРОЙСТВО РЕМЕЩЕНИЙ ОННО ЙНЫХ тноснт елью и(57) Изобретен тельной техник я к измериобретенияэона нзмере.8)ьная техник 1972 озможности щений с лю ечениях перем с(21) 4212405/ (22) 19,038 (46) 30.11,88 (72) А.А.Неск и М.П.Лещенко (53) 531.7(08 (56) Измерите 0 ф 4, с, 15-17 ВИДЕТЕЛЬСТВУ Бюл. 8 ф 44одов, К,Е,Карашоков 4) ОПТИКО-ЭЛЕКЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИН является расшнре ний за счет обес измерения линейн1441198 бой скоростью. Оптико-электронноеустройство для измерения линейных перемещений содержит оптически связан"ные источник 1 когерентного излучения и интерферометр 2, в одном изплеч которого расположен фазовый модулятор 3, при подаче на вход которого гармонического модулирующего напряжения и смещении подвижного отражателя интерферометра 2 первый ивторой фотоприемники 5,6 регистрируют смещение интерференционных полос.С выходов фотоприемников 5,6 сигналыпоступают через ключи 7,8 на низкочастотные блоки 9,13 и на входыфильтров 17,21 верхних частот соответственно. Фильтры 12,16 нижних частот, расположенные в соответствующих низкочастотных блоках 9, 13, ифильтры 17,21 верхних частот являются фильтрами первого порядка с одиИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений.Целью изобретения является расширение диапазона измерений эа счет обеспечения воэможности измерения .Глинейных перемещений с любой скоростью.На фиг, 1 приведена блок-схема предложенного устройства; на фиг, 2 временные диаграммы работы его элементов.Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений содержит оптически связанные источник 1 когерентного излучения и интерферометр 2, фазовый модулятор 3, расположенный на одном из. плеч интерферометра 2, генератор 4, выход которого связан с вхддом фазового модулятора 3, первый и второй фотоприемники 5 и 6, оптически связанные с интерферометром 2 и расположенные со смещени ем в пределах одной интерференционной полосы, первый и второй аналоговые ключи 7;8, входы которых связаны соответственно с выходами первого и второго фотоприемников 5,6, первый 10 15 20 25 иаковыми частотами полюсов, Работойреверсивного счетчика 25 управляютсигналы с выходов сумматоров 19,23,которые при частотах, меньших частотполюсов Фильтров, определяются преимущественно сигналами с выходов низкочастотных блоков 9,13, а при частотах, больших частот полюсов Фильтров, - сигналами с выходов Фильтров17,21 верхних частот, при частотах,равных частотам полюсов, - суммарным сигналом с выходов блоков 9,13и Фильтров 17,21. Для исключения искажения полезного сигнала за счет.низкочастотных биений при частоте,равной частоте модулирующего напряжения, сигналом с выхода компаратора 29 закрываются ключи 7,8 и отключаются соответствующие низкочастотные блоки 9,13. 1 з.п. Ф-лы,2 ил. 2 низкочастотный блок 9, содержащийпоследовательно связанные первыйусилитель 10, вход которого является входом первого низкочастотного блока 9 и связан с выходом первого аналогового ключа 7, первый синхронный детектор 11, второй вход которого связан с выходом генератора 4, и первыйфильтр 12 нижних частот, выход которого является выходом первого низкочастотного блока 9, второй низкочастотный блок 13, содержащий последовательно связанные второй усилитель 14,вход которого является входом второгонизкочастотного блока и связан с выходом второго аналогового ключа 8,второй синхронный детектор 15, второйвход которого связан с выходом генератора 4, и второй Фильтр 16 нижнихчастот, выход которого является выходом второго низкочастотного блока13, последовательно связанные первыйфильтр 17 верхних частот, вход которого связан с выходом первого фотоприемника 5, первый широкополосныйусилитель 18, первый сумматор 19,второй вход которого связан с выходом второго низкочастотного блока 13,и первый компаратор 20, последова 1441198Устройство работает следующим образом.При подаче на вход Фазового модулятора 3 гармонического модулирующего напряжения с круговой частотой Мви смещении подвижного отражателя30 интерферометра 2 первый 5 и второй 6 фотоприемники регистрируют смещение 1интерференционных полос. При этом напряжение на их выходе может быть представлено в виде (соответственно фиг. 2 а, б): 35 23 хпП = А + А здп( -- + Ез 1 пю )1 ьц. р 1 Я р ф 2 ГхпПфп = Ар+ Асов( + Ез 1 пр)где Ав, Ао постоянные составляющие выходного напряжения фотоприемников;амплитуды полезньм 45составляющих напряжений на выходе первого и второго фотоприемникон;смещение подвижного 50отражателя интерферометра;кратность прохожденияопорным лучом измеряемого отрезка перемещения;глубина модуляции фазы;длина волны света,тельно связанные второй фильтр 21верхних частот, вход которого связанс выходом второго Фотоприемника 6,второй широкополосный усилитель 22,второй сумматор 23, второй вход которого связан с выходом перного низкочастотного блока 9, и второй компаратор 24, реверсивный счетчик 25,первый и второй входы которого связа- ц)ны соответственно с вьмодами первого и второго компараторов 20, 24,последовательно связанные третийфильтр 26 верхних частот, вход которого связан с выходом первого Фотоприемника 5, детектор 27, сглаживающий фильтр 28 и третийкомпаратор 29,вьмод которого связан с вторыми входами первого и второго аналоговыхключей 7,8, источник 30 опорного напряжения, выход которого связан свторым входом третьего компаратора 29. С выхода Фотоприемников 5 и 6 через ключи 7 и 8 сигналы поступают на нходы первого и второго низкочастотных блоков 9 и 13 соответственно, где усиливаются усилителями 10, 4 (фиг, 2 н, г), детектируются синхронными детекторами 11, 5, фильтруются Фильтрами 12, 16 нижних частот соответственно. При условии В М М, где В - полоса пропускания усилителей 1 О, 14; м, - верхняя граничная частота фильтра нижних частот, комплексная часть коэффициентов передачи первого и второго низкочастотных блоков 9, 13 полностью определяется коэффициентом передачи фильтров 12, 16 нижних частот соответственно. Сигналы на выходе низкочастотных блоков 9, 13 имеют вид (фиг, 2 д):0 = 1 К (ю) Кд(ш) А р 1 (Е)соз - я-,4 2 л пх П = 1 Кв (ю)1 К, (си) Ар 1 (Е) зхп - р - ,4 2 р пхлгде 1 (Е ) - Функция Бесселя перного порядка; К 0 о), К(ш) - коэФфициенты передачипервого и второго ключей 7 и 8 соответст"венно;К (ы) К (ш) - коэффициенты передачи Д ф 83первого и второго низкочастотных блоков 9,13 соответственно;гГпдО) =Ягде У - скорость движения подвижного отражателя интерферометра 2.Зависимость напряжения на выходе второго низкочастотного блока 13 аналогична зависимости на фиг. 2 д, но сдвинута по отношению к ней по фазе Яг,1Кроме того, выходные сигналы первого 5 и второго 6 Фотоприемников фильтруются первым и вторым Фильтрами 17, 21 верхних частот соответственно. При этом отфильтровываются постоянные составляющие в выходных сигналах Фотоприемников, а также их флуктуации при условии Иу лайф где Ю - верхняя частота флуктуаций постоянной составляющей ньмодного сигнала фотоприемника, й 1, - частота полюса фильтра верхних частот. Выходные сигналы фильтров 17, 21 верхних частот усиливаются соответственно первым и вторым широкополосными усилителями 18, 22. При этом сигналы5 на выходе первого и второго усилителей 18, 22 имеют вид (Фиг. 2 е): УцЗА Хо (2) еЫ д - К 7(й) IКцМ2 Гпх 1 О(ю)е К (М) коэффициентыпередачи усилителей 8 и 22.Зависимость напряжения на выходе 20первого широкополосного усилителя8 аналогична зависимости на фиг. 2 е,но сдвинута по отношению к ней поГфазе на - ,25Значения коэффициентов передачивходящих элементов подбираются так,что амплитуды сигналов на входах сумматоров 19, 23 в полосе равномерногопропускания фильтров имеют одинаковое значение.Искажений в обрабатываемом сигнале на частотах, близких к частотеМр, не будет, если как Фильтрыверхних частот, так и фильтры нижнихчастот являются фильтрами первогопорядка .с одинаковыми частотами полюсов И = ия, где ь 1,я - частотаполюса Фильтра нижних частот,При выполнении этих требованийна выходах сумматоров 9, 23 пришИр присутствуют гармоническиесигналы (фиг. 2 з,ж соответственно):2 йх,Б= Прею -7 - ; 45 однако при м Ш,сигнал будет искажен за счет низкочастотных биений между 50 опорным сигналом синхронных детекторов 11, 15 и сигналом с выходом фотоприемников 5,6, усиленных усилителями 10 и 14.Чтобы исключить эти искажения сиг . нал с выхода одного из Фотоприемниковподается через фильтр 26.верхних частот и детектор 27 на сглаживающий фильтр 28, где преобразуется в .посто 98 6янный сигнал с амплитудой, пропорциональной частоте информационного сигнала, и сравнивается на компараторе 29 с опорным сигналом от источника 30 опорного напряжения так, что при достижении некоторой частоты и, С й/ (й/, компаратор 29 вырабатывает ступенчатый сигнал, управляющий ключами 7 и 8.Ключи размыкаются и запрещают прохождение сигнала на вход низкочастотных блоков 9 и 13 до тех пор, пока частота сигнала на выходе фотоприемников 5, 6 не станет меньше, т,е, исключена зависимость предельной скорости перемещения объекта от частоты модуляции. Ф,о р м у л а и з о б р е т е н и я 1, Оптико-электронное устройство для измерения линейных перемещений, содержащее оптически связанные источник когерентного излучения и интерферометр, первый и второй Фотоприемники, оптически связанные с интерферометром и размещаемые со смещением в пределах одной интерференпионной полосы, последовательно соединенные генератор и фазовый модулятор, расположенный в одном из плеч интерферометра, первый и второй низкочастотные измерительные блоки, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных усилителя, вход которого является выходом соответствующего низкочастотного измерительного блока, синхронного детектора и фильтра нижних частот, выход которого является выходом соответствующего низкочастотного измерительного блока, первый и второй компараторы, реверсивный счетчик, первый и второй входы которого связаны соответственно с вьгходами первого и второго компараторов, выход генератора связан с вторымивходами синхронных детекторов каждого низкочастотного блока, о т л и ч а - ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений, оно снабжено первым и вторым аналоговыми ключами, выходы которых связаны соответственно с входами первого и второго низкочастотных блоков, последовательно связанными первым фильтром верхних частот, вход которого связан с выходом первого фотойриемника и первым входом первого аналогового ключа,1441198 1 ыа КонюховКорректор М, Ша авитель ед М.Хо Редактор М. Келеме Т аз 6275/42 8 одписно и Государственного комитета СССРлам изобретений и открытийсква, Ж, Раушская наб д, 4/ И 3035 водственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектн первым широкополосным усилителем и первым сумматором, выход которого связан с входом первого компаратора, второй вход - с выходом второго низкочастотного блока, последовательно связанными вторым фильтром верхних частот, вход которого связан с выходом второго фотоприемника и первым входом второго аналогового ключа, вторым широкополосным усилителем и втсрым сумматором, выход которого связан с входом второго комларатора, второй .вход - с выходом первого низкочастотного блока, последовательно. связанными третьим фильтром верхних//лу частот, вход которого связан с выходом первого фотоприемника, детектором, сглаживающим фильтром и третьим 5компаратором, выход которого связан свторыми входами первого и второгоаналоговых ключей, источником опорного напряжения, выход которого связан с вторым входом третьего компаратора,2, Устройство по п, 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в качестве фильтров верхних и нижних частот используются фильтры первого порядка с одинаковыми постоянными времени.