Устройство для измерения перемещений объекта

(19) (111 А 1 6 1 ц 4 С 01 В 21 ИЗОБРЕТЕНИЯ .; ф" ЕТЕЛЬСТВУ ПИ ТОРС КОМУ 21) 42907 22) 27.07 46 23.05(54) УСТРОЙСТВО ИЕЩЕНИЙ ОБЬЕКТА (57) Изобретени тельной технике повьппение точно ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕ.змериотносится к Цель изобре ти измерений циента преоб Пучок излуче ения утем азоваия от повьппения ко эффиния устройства. Меай ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 68/24-28.717(088.8)ское свидетельсткл. 6 01 В 21/О источника 1 излучения отражается,затем делится светоделителем 3 надва пучка, в каждом иэ которых налинейном участке гауссовой кривойраспределения интенсивности излучения установлено по паре фотоприемников 4,5 и 6,7 на расстоянии й другот друга, В измерительной схеме измеряется крутизна преобразования первого и второго потоков и величинасмещения этих потоков относительнопервоначального положения. Затем поданным измерительной акемы в блоке18 вычисления определяют величинылинейного и углового перемещенийобъекта, которые отображаются наблоке 19 индикации, 3 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может исполвэо-ваться для измерения параметров вибраций различных объектовЦель изобретения - повьппение точности измерений путем повьппения коэффициента преобразования устройства.На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 схема расположения фотоприемниковотносительно гауссовой кривой распределения интенсивности излучения вдольдиаметра светового пятна и получениявыходных .сигналов; на Фиг. 3 - схемабдоков вычисления,Устройство содержит оптически связанный источник 1 излучения, отражатель 2 и светоделитель 3, первый 4,второй 5, третий 6 и четвертый 7.фотоприемники, измерительную схему,состоящую из двух измерительных ка,.налов, первый канал состоит из блока 8 суммирования, последовательносоединенных блока 9 разности, аттенюатора 10, масштабного усилителя 11,блока 1.2 деления, выход блока 8 суммирования соединен с вторым входомблока 12 деления, второй измерительный канал состоит из блока 13 суммирования, последовательно соединенныхФблока 14 разности, аттенюатора 15,масштабного усилителя 16, блока 17деления, выход блока 13 суммированиясоединен с вторым входом блока 17деления, последовательно соединенныеблок 18 вычисления и блок 19 индикации. Выходы первого 4 и второго 5фотоприемников подсоединены соответственно к первым и вторым входамблоков суммирования 8 и разности 9первого измерительного канала, а выходы третьего 6 и четвертогоФотоприемников подсоединены соответственно первым и вторым входам блоковсуммирования 13 и разности 14 второго измерительного канала. Выходыблоков 12 и 17 деления подсоединенысоответственно к первому и второмувходам блока 18 вычисления.Пбследний содержит первый блок 20разности, на первый блок которогоподается сигнал А, а выход его соединен с входом первого аттенюатора21, второй блок 22 разности, на первый вход которого поступает сигналА , а на второй А выход второгоблока 22 разности последовательночерез второй аттенюатор 23 и масштаб 5 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ный усилитель 24 подключен к второму входу первого блока 20 разности (фиг. 3) . Каждая пара фотоприемников 4, 5 и 6,7 один от другого разнесены на базовое расстояние Й (фиг 2), каждая пара фотоприемников 4,5 и 6,7 установлена на расстояниях 1. и Ь, соответственно, от светоделителя Э (фиг. 1).Устройство работает следующим образом.Пучок излучения, формируемый источником 1 излучения, направляется на отражатель, связываемый с объектом. Отраженный пучок делится свето- делителем 3 на два пучка, в каждом из которых на линейном участке гауссовой кривой распределения интенсивности излучения установлены по паре фотоприемников 4,5 и 6,7 (фиг, 2) на базовом расстоянии й между фотоприемниками в паре, при. этом П - диаметр светового пятна, х - текущее расстояние от центра светового пятна, 11 Ф(х) - величина сигнала на выходе каждого фотоприемника в зависимости от х.Сигнал с первого фотоприемника 4 поступает на первые входы блока 9 разности и блока 8 суммирования, Сигнал с второго фотоприемника 5 поступает на вторые входы блока 9 разности и блока 8 суммирования. Разностный сигнал с выхода блока 9 разности ослабляется аттенюатором 10 в Й раз и далее поступает на вход масштабного усилителя 11, гдеусиливается в 2 раза и поступает на первый вход блока 12 деления. На второй вход блока 12 деления поступает суммарный сигнал с выхода блока 8 суммирования. С выхода блока 12 деления первого канала сигнал поступает на первый вход блока 18 вычисления. На. второй вход последнего поступает аналогичный сигнал с второго канала, С первого выхода блока 18 сигнал, пропорциональный линейному перемещению, поступает на первый вход блока 19 индикации, а с второго выхода блока 18 сигнал, пропорциональный угловому перемещению, поступает на второй вход блока индикации.При линейно-угловых перемещениях отражателя 2 на входе блока 18 формируются сигналы, пропорциональные линейному и угловому перемещениям и расстоянию от каждой пары фотопри 1481596емников 4,5 и 6,7 до светоделителя 3. Сигнал на выходе каждого .фотоприемника пропорционален относительному смещению А светового пятна на плоскости фотоприемника и крутизне Б преобразования: Н = А- Б, где Б = = ДУр /дх " коэффйциент преобразования, равный отношению приращения Д 11 рп напряжения на,выходе фотоприемника к величине дх относительного смещения светового пятна на плоскости фотоприемника, вызывающий это смещение.Использование блока 8 (13) суммирования сигналов Фотоприемников позволяет увеличить чувствительность оптико-электронного измерителя вибрацииДействительно, для линейного участка гауссовой кривой распределения интенсивности по диаметру светового пятна для первого и второго фотоприемников канала можно записать 10 15 20 25 ц(х 1 = ц, + Б,дх; где 11 ОПОР 2- величина сигнала в точке установки фотоприемников.Для суммарного сигнала 35.Б (х) = 11 + 2 Бдх,где 11 = 11 +11 О ОрП 0 р45 Коэффициент преобразования посуммарному каналу в 2 раза больше,чем в известном; Д 11(х)дх 50 Таким образом, чувствительность устройства увеличивается за счет уве. личения крутизны преобразования фотоприемника.Величина коэффициента преобразования зависит от мощности излуче" ния, диаметра светового пятна, расДля однотипных фотоприемников можно обеспечить условие Я,= Б = Б, тог даПРОф - 11 РпБ = 2 Б = 2й Й С выхода масштабного усилителя 11 сигнал поступает на первый вход блока 12 деления, на второй вход которого поступает сигнал 11 = У+ + П, На выходе блока 12 формируется сигнал Пя (Юу + Ужпк )Й который поступает на первый входблока 18 вычисления. На второй входблока 18 вычисления по второму из"мерительному каналу амплитуды смещения светового пятна на плоскостиФотоприемников 6 и 7, расположенных.на расстоянии 1. от светоделителя 3,поступает аналогично сигнал с 1 (УОб + лят2 2 Рр 6 11 рз )В блоке 18 формируются сигналы, пропорциональные х-линейному и-угловому виброперемещению, и подаются на входы блока 19 индикации; А- А А- Ь -- 1. - Ь- 22 зпй А А АЬ 1., 1смещения световогорасстоянии Ь, от 1 А агск- величина где А пятна на объекта; А - величина смещения световогорасстоянии Ь от пятна наобъекта; стояния между объектом и Фотоприем-ником, Изменение одного из указанных факторов влияет на точность измерения параметров вибраций. Для повышения точности измерений в устройстве крутизна преобразования измеряется автоматически и учитывается при вычислении перемещений,Каждая пара фотоприемников 4,5 и 6,7, расположенных на базовом расстоянии 1 один от другого и размещенных на линейном участке гауссовой кривой преобразования, позволяет формировать сигнал, пропорциональный крутизне преобразования, который поступает на первый аттенюатор 10 и далее усиливается масштабным усилителем 11 в 2 раза, чтобы соответствовать крутизне преобразования;1,Ы, - угол падения пучка лучейна отражающий элемент;Ь " Ь,Ь - Ь, - оптическая разностьхода лучей,Блок 18 вычисления работает следующим образом,Раэностный сигнал А - А, с выхода второго блока 22 разности ослабляется вторым аттенюатором 23 в 2(Ь- Ь,) раз и поступает на второйвход блока 19 индикации и на. входмасштабного усилителя 24, где усиливается в 4 раза и подается иа второй вход первого блока 20 разности.Разностный сигнал 10 15 Аю- А А" Ь- --Ь - Ь 1с выхода первого блока 20 разности ослабляется первыми аттенюатором 21 в 2 Ь и о раз и в виде сигнала х подается на первый вход блока 19 индикации. В последнем осуществляется индикация х-линейной и-угловой составляющей перемещения.Таким образом, в предлагаемом устройстве повышается чувствительность за счет увеличения коэффициента преобразования фотоприемников по суммарному каналу. 20 25 30 Формула изобретения Устройство для измерения перемещений объекта, содержащее источник излучения с гауссовским. распределением интенсивности в поперечном сечении пучка излучения, установленные последовательно по ходу пучка излучения отражатель, связываемый с объектом, светоделитель, предназначенный для разделения отраженного пучка излучения на два световых потока, первый и второй фотоприемники, установленные по ходу первого светового потока на расстоянии Ь от светоделителя, третий и четвертый фотоприемники, установленные по ходу второго светового потока на расстоянии Ь от светоделителя, последователь-. но соединенные измерительную схему, блок вычисления и блок индикации, фотоприемники расположены первый от второго, третий от четвертого на базовом расстоянии д, о т л и ч а - ю щ .е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, измерительная схема выполнена в виде двух измерительных каналов, каждый из которых состоит из соединенных последовательно блока разности, аттенюатора, масштабного усилителя и блока деления, блока суммирования, выход Которого соединен с вторым входом блока деления, выходы первого и второго фотоприемников соединены соответственно с первыми и еторыми входами блока суммирования и блока разности первого измерительного канала, а выходы третьего и четвертого фотоприемников - с первыми и вторымивходами блоков суммирования и блока разности второго измерительного канала.481596 оставитель ехред М.Хо бкова едактор Н. Бо Т дан Корректор Г,Джул Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 10 аказ 2675/ НИИПИ Госу Несоваич Тираж 684 Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035,. Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5