Устройство для измерения перемещения объекта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕ СКИХРЕСПУБЛИК 7957 с 601 В 21/ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО изОБРетениям и ОткРытиямРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1180694, кл. 6 01 В 21/00, 1984.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТА(57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счетопределения направления перемещения относительно начального положения и повышение точности измерений за счет уменьшениятемпературной нестабильности, Источник 1света формирует поток излучения. Измерительная решетка и индикаторные решеткимодулируют поток излучения при перемещении подвижного элемента 2 относительно неподвижного элемента 3. Фотоприемники 18-21 преобразуют модулированный поток излучения в электрический сигнал. На выходе дифференциальных усилителей 22, 23 формируются электрические сигналы, сдвинутые один относительно другого на 90", Штрихи начала отсчета, нанесенные на подвижный и неподвижный элементы 2, 3, формируют постоянную составляющую, которая выделяется сумматорами 24, 25 и дифференциальным усилителем 26. Сигнал на выходе дифференциального усилителя 26 изменяет знак при смещении подвижного элемента 2 относительно начального положения. Амплитудные детекторы 28, 27. сумматор 29, регулятор 30 мощности излучения формируют сигнал управления мощностью излучения источника 1 света, поддерживая неизменной чувствительность устройства. 1 з, п, ф-лы, 4 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано дляизмерения перемещения различных объектов.Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей за счет определения направления перемещенияотносительно начального положения и повышение точности измерения за счет уменьшения температурной нестабильности,На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг, 2 - расположение штриховых решеток на подвижном инеподвижном элементах (заштрихованынепрозрачные участки); на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы сигналов, формируемыхна выходах отдельных узлов устройства приперемещении подвижного элемента,Устройство содержитоптически связанные источник 1 света, подвижный и неподвижный элементы 2 и 3, на подвижныйэлемент 2 нанесена измерительная штриховая решетка 4 и штрихи 5-8 начала отсчета,на неподвижный элемент 3 нанесены четыре индикаторные решетки 9 - 12, сдвинутыеодна относительно другой на четверть периода решетки, и штрихи 13 - 16 начала отсчета, штрихи б, 7, 14, 15 начала отсчета иштрихи 5, 8, 13, 16 начала отсчета нанесеныпопарно симметрично относительно продольной оси симметрии измерительной решетки 4, штрихи б, 14 и 7, 15 начала отсчетасмещены на большее расстояние относительно продольной оси симметрии измерительной решетки 4, чем штрихи 5, 13 и 8,16, оптическую систему 17, фотоприемники 18 - 21, выполненные в виде единогочетырехквадратного фотоприемника, дифференциальные усилители 22 и 23, входыкоторых подключены соответственно к фотоприемникам 18 и 21 и фотоприемникам 19и 20, сумматоры 24, 25, входы которых подключены соответственно к фотоприемникам 18, 21 и 19, 20, усилитель 26, входыкоторого подключены к выходам сумматоров 24 и 25, амплитудные детекторы 27 и28, входы которых подключены соответственно к выходам дифференциальных усилителей 22 и 23, сумматор 29, входыкоторого подключены к выходам амплитудных детекторов 27 и 28, регулятор 30 мощности излучения, выход которого соединенс источником 1 света, вход регулятора 30мощности излучения подключен к выходусумматора 29,Устройство работает следующим образом.Источник 1 света формирует поток излучения, направляемый на подвижный инеподвижный элементы 2 и 3, При переме 5 10 15 20 25 30 35 40 45 де дифференциального усилителя 26, при нахождении подвижного элемента 2 в начальном положении равен нулю.Переменная составляющая сигналов, снимаемых с фотоприемников 18. 21 и 19, 20, вычитается друг из друга сумматорами 24 и 25, так как переменные составляющие на выходах соответствующих фотоприемников 18, 21 и 19, 20 сдвинуты друг относительно друга на 180.При смещении подвижного элемента 2 50 55 относительно неподвижного элемента 3 на выходе дифференциального усилителя 26 формируется сигнал начала отсчета соответствующего знака за счет увеличения или уменьшения пос гоянной составляющей сигщении подвижного элемента 2 измерительная и индикаторные штриховые решетки, нанесенные на подвижный и неподвижный элементы 2 и 3, мплулируют поток излучения.Промодулированный по интенсивности поток излучения переносится оптической системой 17 на фотоприемники 18-21, На выходе фотоприемников 18 и 21, 19. и 20 формируются сигналы, переменные составляющие которых формируются в противофазе, за счет пространственного сдвига индикаторных решеток 10 и 11, 9 и 12 на половину периода решетки.Постоянные составляющие сигналов, формируемые на выходе фотоприемников 18 и 21, 19 и 20, вычитаются дифференциальными усилителями 22 и 23, На выходе дифференциальных усилителей 22 и 23 формируются информационные сигналы, сдвинутые друг относительно друга на 90 О, за счет взаимного пространственного сдвига индикаторных решеток 10 и 11 относительно индикаторных решеток 9 и 12 на четверть периода решеток.Сигналы с выходов дифференциальных усилителей 22 и 23 поступают на выход устройства,Величина постоянных составляющих на выходах фотоприемников 18 и 21, 19 и 20 зависит от смещения штрихов б, 7 и 5, 8 начала отсчета, нанесенных на подвижный элемент 2 относительно штрихов 14, 15 и 13.16 начала отсчета, нанесенных на неподвижный элемент 3,При начальном положении подвижного элемента 2 относительно неподвижного элемента 3 величины постоянных составляющих, снимаемых с фотоприемников 18, 21 и 19, 20, равны. Сигналы с фотоприемников 18;21 и 19, 20 суммируются сумматорами 24 и 25, Сигналы, снимаемые с сумматоров 24 и 25, вычитаются дифференциальным усилителем 26. Сигнал, формируемый на выхо 1657957налов, снимаемых с фотоприемников 18 и19, относительно сигналов, снимаемых с фотоприемников 19 и 20.Темновые токи, величины которых связаны с изменением температуры, не вносят 5дополнительной погрешности, так, как ихсуммы, формируемые на выходе сумматоров 24 и 25, вычитаются дифференциальным усилителем 26.Информационные сигналы, сдвинутые 10друг относительно друга на 90, детектируются амплитудными детекторами 28 и 27.Сумматор 29 суммирует сигналы, формируемые амплитудными детекторами 28 и 27Сигнал, формируемый на выходе сумматора 1529, зависит от амплитуды информационныхсигналов, снимаемых с выходов дифференциальных усилителей 22 и 23, и не зависитот величины темновых тоов фотоприемников 18, 21 и 19, 20, так как указанные темновые токи вычитаются дифференциальнымиусилителями 23 и 25Значительное подавление переменныхсоставляющих сигналов, формируемых навыходах дифференциальных усилителей 22 25и 23, происходит за счет того, что сигналы,формируемые на выходе амплитудных детекторов 28 и 27, сдвинути друг относительно друга на 180Сигнал, пропорциональный мощности 30потока излучения, формируемого источником 1 света и коэффициентом передачифотоприемников 18, 21 и 19, 20, дифференциальных усилителей 22 и 23, амплитудныхдетекторов 28 и 27 и сумматора 29, поступает с его выхода на управляющий вход регулятора 30 мощности излучения, гдесравнивается с опорным сигналом.Регулятор 30 мощности излучения формирует сигнал управления, поступающий на 40источник 1 света, поддерживая неизменнойчувствительность устройства при изменении температуры,Использование устройства позволяетрасширить функциональные возможности 45устройства эа счет определения направления перемещения относительно начальногоположения подвижного элемента и повысить точность измерения за счет уменьшения температурной нестабильности, 50 Формула изобретения 1. Устройство для измерения перемещения объекта, содержащее оп 1 ически связанные источник света, подвижный элемент с нанесенным штрихом начала отсчета и из мерительной решеткой, неподвижный элемент с нанесенным штрихом начала отсчета и четырьмя индикаторными решетками, сдвинутыми друг относительно друга на четверть периода решетки, и четыре фотоприемника, два дифференциальных усилителя. входы которых связаны соответственно с первым, четвертым и вторым, третьим фотоприемниками, первый сумматор, входы ко торого связаны с первым, четвертым фотоприемниками, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей эа счет определения направ. ления переме цения относительно началь ного положения. оно снабжено вторым сумматором, входь: котороо связаны с н 1 орым и третьим фотоприемниками, третьим дифференциальным усилителем входы которого подключены к выходам перлов д и второго сумматоров, на подвижный и неподвижный элементы нанесень по гри дополнительных штриха начала отсчета, штрихи начала отсчета нанесены попарно симметрично относительно продольной оси слмметрии измерительной решетки, первый и четвертый штрихи начала отсчета смещены на большее расстояние относительно про дольной оси симметрии измерительной решетки, чем второй и третий штрихи начала отсчета, четыре фотоприемника выполнен в виде единого четырехквадратноо фото. датчика.2. Устройство по и, , о т и и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерений за счет уменьшения температурной нестабильности, оно снабжено двумя амплитудными детекторами, входы которых подключены к выходам первого и второго дифференциальных усилителей третьим сумматором, входы которого подключены к выходам амплитудных детекторов, регуляторсм мощности излучения, выход которого соединен с источником света, вход регулятора мощности излучения подключен к выходу третьего сумматора.1657957Составитель Т. Айсин Редактор С, Пекарь Техред М.Моргентал Кор ректор А. Осаул ен ко Заказ 1708 Тираж 386 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина.