Устройство для измерения линейных смещений

)4 С НИЕ ИЭОБРЕТЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЭОБРЕТЕКИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(46) 23.04.89. Бюл. В 15 , (71) Московский институт инженеро геодезии, аэрофотосъемки и картографии(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ СМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для прецизионного контроля положения и размеров объектов.Цель изобретения - повышение точности измерений при увеличении быстродействия устройства. Излучение отнемонохроматического источника 1 припомощи формирователя 2 световой марки (например, системы двойного изображения) формируется в автоколлимационную марку на ноже-анализаторе 314 (например, отражательной дифракционной решетке) и проходит через объектив 4, Вследствие хроматической разности хода лучей на различных расстояниях от главной плоскости Н объектива 4 формируются цветные изображения марки. В зависимости от положения зеркала 5 в рабочем диапазоне измерений Ь =Ь-Ь, на динамический спектральный фильтр 6 и фотоприемник 7 попадут в обратном ходе все световые пучки цветов 3, - Ъ, за исключением,излучения с длиной волны Ъ, для которого поверхность зеркала 5 и кромка ножа- анализатора 3 будут оптически сопряжены, Смещение объекта 5 вдоль оптической оси объектива 4 приводит к смещениюминимума функ. ции пропускания фильтра 6 в пределах В, - Ъ . Генератор 9 вырабатывает периодически изменяющееся напряжение,74455приводят к смещению зоны пропускания фильтра 6 вдоль оси % . В момент временифильтр 6 настроен на излучение с длиной волны Ъ , что соот, ветствует минимуму сигнала с фотоприемника 7. Положение объекта 5 по отношению к главной плоскости Н объектива 4 оценивается по величине временного интервала между опорным напряжением и импульсом фототока, Для согласования параметров источников и приемников лучистой энергии устройство снабжено временным авто- Вматическим регулятором усиления (ВАРУ 9 8, в котором коэффициент усиления изменяется в зависимости от величины смещения контролируемого объекта 5, для чего управление ВАРУ 8 осуществляется опорным генератором 9 синхронно с работой динамического спектрального фильтра 6. 3 з.п. Ф-лы,2 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может бытЬ использовано для прецизионного контроляположения и размеров объектов.Цель изобретения - повьппение точности измерений при увеличении быстродействия устройства.На фиг,1 изображена принципиальная схема устройства для измерениялинейных смещений; на Фиг,2 - диаграммы, поясняющие работу динамического спектрального фильтра и Формирование импульсов в схеме времяимпульсной обработки,Устройство для измерений линейныхсмещений (фиг.1) содержит источник1 немонохроматического излучения,формирователь 2 световой марки, зеркальный нож - анализатор 3, неахроматизированный объектив 4, оптическая ось которого перпендикулярнарабочему ребру ножа-анализатора 3,отражатель 5 (например, зеркало),устанавливаемый на контролируемомобъекте (не показан) динамическийспектральный фильтр 6 (например, жид"кокристаллический управляемый транспарант), установленный за ножом-анализатором 3 в обратном ходе лучей,фотоприемник 7, соединенный с временньпч автоматическим регуляторомусиления (ВАРУ) 8, динамический спектральный фильтр 6 и ВАРУ 8 парал 10 15 20 25 30 лельно подключены к опорному управляющему генератору 9 (например, пилообразного напряжения), к выходуВАРУ 8 последовательно подключеныэлементы схемы времяимпульсной обработки сигнала: инвертор 10, дифференциатор 11, формирователь 12 рабочих импульсов, логический элемент13 и измеритель 14 временных интервалов, который также подключен квыходу генератора 9 через Формирователь 15 опорных импульсов,Устройство работает следующимобразом.Излучение от источника 1 при помощи формирователя 2 световой марки,который может быть выполнен в видеоптической системы двойного изббражения, Формируется в автоколлимационную световую марку на рабочем ребрезеркальной грани ножа-анализатора 3,который может быть выполнен, например,в виде спектральной отражательнойдифракционной решетки, Частично отразившись от зеркальной грани ножаанализатора, световой пучок направляется в объектив 4, при помощи которого Формируется световая марка наповерхности контролируемого объекта -отражателя 5 (для простоты изложенияпредполагается, что спектральная характеристика источника 1 излученияравномерна в диапазоне длин волн31474453, - Ъ , а контролируемый объект представляет собой плоское зеркало), Таккак объектив 4 выполнен неахроматиэированным, вследствие хроматическойразности хода лучей световые лучиразличных длин волн (в диапазоне отф, до Ъ ) формируют цветные иэображения световой марки на различныхрасстояниях от главной плоскости Нобъектива 4 (минимальное расстояниеЬ максимальное Ь ),Контролируемое зеркало-отражатель 5 занимает любое положение врабочем диапазоне измерений Ьоэ = 15=Ь -Ь и отражает падающие йа неа,го световые пучки обратно в объектив4, который формирует автоколлимационное изображение световой марки наноже-анализаторе 3. При этом всегданайдется излучение такой длины волныдля которого поверхность отражателя 5 и кромка ножа-анализатора3 оптически сопряжены, что приводитк тому, что при анализе положения 25автоколлимационной световой марки,относительно ножа-анализатора 3, надинамический спектральный фильтр 6и фотоприемник 7 попадают все световые пучки цветов Ъ, - , за исключением излучения с длиной волны Я.При этом функция Ф=Й(9), описывающая спектральное распределениесветового потока после прохожденияего через анализатор 3 в обратномходе, имеет вид, показанный нафиг.2 гТаким образом, смещение отражателя 5 вдоль Оптической осиобъектива 4 в пределах Ь приводитк перемещению минимума функции 40Фц, =ЕЬ) вдоль оси 9 в преде В качестве опорного напряжения ис.пользуется меандр (фиг.2 ж), сформиоценивается по величине временногоинтервала 1между опорным напряжением и инвертированным импульсомфототока (фиг.2 э),Динамический спектральный фильтр6 Выполнен В Виде жидкокристалличес 45 /кого управляемого транспаранта (основанного, например, на твист-эффекте), расположенного между двумя скрещенными поляроидами. Быстродейс.твие таких транспарантов ограничено единицами микросекунд. Работа жидкокристаллического (ЖК) поляризационного фильтра основана на явлении интерференции поляризованного света, что предопРеделяет весьма узкую (до 20 нм) полосу пропускания. Управление ЖК-транспарантом осуществляется при помощи опорного генератора 9, например, пилообразного напряжения. Протекающие при этом процессы отображены на фиг. 2: а - напряжение опорного генератора; б - динамическаяградуировочная характеристика жидкокристаллического фильтра 6; в - из"менение спектральной настройки (пропускание) фильтра 6 под воздействием управляющего напряжения; г - описание функции Фа=Е(9); д - сигнал с выхода фотоприемника 7; е - инвертированный сигнал фотоприемника 7; ж - опорное напряжение; з - измерительный сигнал после его прохождения через логический элемент 13.Преобразование смещения минимума функции Ф=Г(9 ) (а следовательно, и линейного смещения объектива во временной интервал) происходит следующим образом.Генератор 9 вырабатывает периодически изменяющиеся напряжения(например, треугольной формы, фиг.2 а) приводя к смещению зоны пропускания фильтра 6 вдоль оси % (фиг.2 в), В момент времени с фильтр 6 окаэывается настроенным на излучение сдлиной волны Э. Поскольку на этойдлине волны наблюдается минимум функЦии Ф Й(7) (фиг,2 Г), то В момент времени С излучение на фотоприемник 7 не попадает, что соответствует минимуму на графике сигнала с фотоприемника 7 (фиг.2 д). Во всех остальных случаях во временном интервале С, -С на выходе фотоприемника 7 присутствует сигнал постоянной величины.Таким образом, смещение отражателя 5 вдоль оптической оси объектива 4 в пределах й приводит к временному смещению минимума сигнала на выходе фотоприемника 7, Для удобства дальнейшей обработки сигнал инвертируется (фиг.2 е) и пропускается через логический элемент 13 (фиг.3 з). рованный напряжением генератора 9(фиг.2 а), что обуславливается однозначной связью положения центра спектральной полосы пропускания фильтра6 с уровнем напряжения на его входе. Положение отражателя 5 по отношениюк главной плоскости Н объектива 41474455 Формула 40 Так как реальные источники и приемники лучистой энергии имеют,различные и весьма разнообразные распределение спектральной плотности потока излучения и спектральную крутизну, то для согласования их параметров устройство снабжено ВАРУ 8, в котором коэффициент усиления изменяется в зависимости от спектральной зоны излучения, а следовательно, и от величины смещения контролируемого объекта-отражателя 5 в рабочем диапазоне измерений.Управление ВАРУ 8 осуществляется опорным генератором 9 синхронно с работой динамического спектрального фильтра 6.Устройство позволяет повысить точность измерений линейных смещений и быстродействия устройства за счет применения динамического спектрального сканирования, исключающего использование электромеханических сканирующих систем и связанных с ними явлений нелинейности и флуктуаций информационного сигнала, вибрации конструкции и жесткого ограничения на быстродействие работы системы. Применение широкополосного излучателя и неахроматизированного объектива позволяет упростить выбор конструктивных элементов устройства и уменьшить стоимость устройства, так как в качестве объектива можно использовать одиночную линзу, а в качестве источника - стандартную лампунакаливания. Использование формирователя автоколлимационной световоймарки, выполненного в виде зеркальной системы двойного изображения, ив совокупности с ножом-анализаторомв виде зеркальной дифракционной решетки, позволяет уменьшить световыепотери энергии и пространственно разнести цветные изображения световоймарки путем заполнения всей апертурыобъектива устройства, что приводитк увеличению диапазона измерений иповышению чувствительности устройства. изобретения 1. Устройство для измерения линейных смещений, содержащее источникизлучения и последовательно расположенные по его ходу формировательсветовой марки, зеркальный нож-анализатор, объектив, отражатель, ус 10 танавливаемый на контролируемомобъекте, фотоприемник и электронныйблок обработки информации, выполненный в виде последовательно соединенных инвертора, дифференциатора, фор"15 мирователя рабочих импульсов, логического элемента и измерителя временных интервалов и генератора, соединенного с формирователем опорныхимпульсов, выход которого соединен20 с входом измерителя временных интер-,валов, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности измерения при увеличении действия уст ройства, оно снабжено параллельноподключенными к генератору динамическим спектральным фильтром, установленным между анализатором ифотоприемником, и временным автоматическим регулятором усиления, пос 30 ледовательно соединенным с фотоприемником, а источник света выполненсо спектральной излучательной способностью по ширине спектра, перекрывающей эффективную ширину полосыеропускания фотоприемника,2. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что объективвыполнен неахроматизированным. 3. Устройство по пп.1 и 2, о тл,/и ч а ю щ е е с я тем, что формирователь световой марки выполнен в 4 виде оптической системы двойного 45иэображения.4. Устройство по пп.1-3, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что зеркальный нож-анализатор выполнен в виде50спектральной отражательной дифракционной решетки,1474455 Составитель С.ГрачевТехред Л.Олийнык Коррект атаи едак ланар раж 683 одписное твенно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,Прои аказ 1881/37 НИИПИ Государ твенного комитета и113035, Москва, Жизобретениям и открытиям при ГКНТ ССС Раушская наб., д, 4/5