Устройство для измерения линейных перемещений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) В 21/02 1)5 11технический инсти В.Козлов, С.Г.Лют электронный датч ления вращения. уг- М,; ельство СССР 1/02, 1987,ельство СССР 27/00, 1989,ДЛЯ ИЗМЕРЕНИИСд ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Использование: изобретение относится к измерительной технике. Сущность: изобретение позволяет повысить точность при измерении линейныхперемещений в широком диапазоне. При перемещении световодов 3 относительно полос маски 4 вследствие туннелирования излучения через боковые поверхности световодов в материал маски периодически изменяется интенсивность сигналов фотоприемников 5, которые преобразуются схемами формирования импульсов 6, и в блоке обработки сигналов 7 по заданному алгоритму определяется значение перемещения. 3троастаа. - М.; Энергоатомнадат, 1988, с. но Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения линейных перемещений объектов.Целью предлагаемого изобретения является повышение точности.На фиг, 1 представлена структурная схема заявляемого устройства при М = 2; на фиг. 2 а - временные диаграммы сигналов с выходов схем формирования импульсов для М - 2 при равномерном перемещении световодов; на фиг, 2 б- таблица переключений для й = 2; на фиг. 3 - блок обработки сигналов с выходов М = 2 схем формирования импульсов, построенный согласно общим правилам синтеза комбинационных устройств.Устройство содержит источник излучения (ИИ) 1, выход которого связан со входом блока излучения выходы которого связаны со входами световодов 3, которые через боковую поверхность оптически связаны с маской 4 и установлены с воэможностью перемещения в направлении перпендикулярном сторонам маски, выходы световодов связаны со входами соответствующих фотоприемников (ФП) 5, выходы которых связа,ны со входами схем формирования импульсов (СФИ) 6, выходы которых связаны со входами БОС 7, который состоит из (см.фиг,З) схем выделения фронтов 8, 9, входы которых связаны с выходами схем формирования импульсов, а выходы со входами .схемы ИЛИ 10, выход которой связан с тактовым. входом реверсивного счетчика 11, входами схем И 12, 13, а также с управляющим входом параллельного регистра 14, входы которого связаны с выходами схем формирования импульсов, а выходы со вхорами схем ИЛИ-НЕ 15, 16, выходы схем формирования импульсов также связаны со входами схем ИЛИ-НЕ 17, 18, выходы схем ИЛИ-НЕ 15, 16, 17, 18, выходы параллельного регистра 14 и выходы схем формирования импульсов связаны. с соответствующими входами схем И 19-26, выходы схем И 19-22 связаны со входами схемы ИЛИ 27, а выходы схем И 23-26 связаны со входами схемы ИЛИ 28, выходы схем ИЛИ 27. 28 связаны с входами схем И 12, 13 соответственно, выходы которых связаны со счетными входами реверсивного счетчика 11.Устройство работает следующим образом.Электромагнитная волна оптического диапазона от источника излучения 1 через блок ввода излучения 2, например линзовый объектив (см.кн. Конюхов Н.Е. и др. Оптоэлектронные контрольно-измерительные ус 137), направляется в световоды 3, по которым она распространяется благодаря полным внутренним отражениям (ПВО) от границ световодов. Боковые поверхности 5 световодов располагаются на расстояниименьшем длины волны распространяющегося излучения от поверхности маски 4. Такое расстояние обеспечивается, например, механическим прижатием световодов к ма ске (Свечников Г.С. Интегральная оптика, -Киев: Наукова думка, 1988, с, 4) при использовании световодов 3 с оболочкой на участке их оптического контакта с маской 4 со световодов соглифовывается оболочка. При 15 перемещении световодов 3 относительномаски 4 из-за различия показателей преломления полос маски 4 изменяются условия туннелирования излучения из световодов 3 в маску 4 (скачкообразно из меняется коэффициент связи излучения световодов маски) следовательно интенсивность излучения на выходе каждого световода будет периодически изменяться. Напряжение на выходах фотоприемников 5 будет 25 изменяться в соответствии с интенсивностью излучения на выходах световодов 3, прямоугольные импульсы напряжения с выходов схем формирования импульсов 6 сдвинуты друг по отношению к другу на 30 1(21+ - )Т. При изменении значения пере 2 йжТмещения на происходит изменение набора сигналов на выходах СФИ. Каждому 35 лТшагу перемещения в пределах периода маски Т соответствует свой набор сигналов на выходах СФИ, При выходе значения перемещения эа пределы периода маски 4 40 как в одну, так и в другую стороны наборысигналов с выходов СФИ 6 на внутренних границах периода маски не будут совпадать с наборами сигналов с выходов СФИ на соответствующих внешних границах перио да маски, Следовательно, сравнив набор. сигналов с выходов СФИ 6 до и после изменения этого набора можно определить увеличилось или уменьшилось значениекТ50 перемещения на шаг . Описанный алгоритм обработки сигналов реализуется БОС 7, БОС может быть реализован как на основе микропроцессора, так и на основе комбинационных схем. Рассмотрим работу БОС 7, реализованного на основе комбинационных схем и соответствии с общими правилами синтеза таких устройств для й = 2. Пусть перемещение вдоль оси времени (см.фиг,2) и связан-е с этим изменение наборов на выходах5 10 15 единицы, а следовательно не будет пере 25 30 35 ствует шагу дискретизации 0,5 мкм (с увелиции) 40 50 СФИ 6, Соответствует увеличению значения перемещения, а в обратном случаеуменьшению, В этомслучае таблица переключений, соответствующая сделаннымпредложениям, будет иметь вид (см,фиг,2 б),где первые две колонки описывают приборы сигналов с выходов СФИ после изменения набора сигналов, а третья и четвертаяколонки - до изменения, в пятой и шестой.колонках и наборы сигналов показываюткогда происходит увеличение (единица в пятой колонке ноль - в шестой) или уменьшение (ноль в пятой, единица в шестой)значения перемещения на шаг,Об изменении набора сигналов на выходах СФИ 6 свидетельствует наличие на одном из фронта (переднего или заднего)импульса, который выделяется в виде короткого единичного импульса схемами выделения фронтов 8 и 9. Поскольку световоды 2сдвинуты друг относительно друга на(2 к+ ) д, то фронты импульсов, а сле 12 Мдовательно и импульсы с выходов схем выделения фронтов по времени не совпадают,схема совмещения ИЛИ 10 формирует насвоем выходе последовательность иипульсов каждый из которых направляется кактактовый на реверсивный счетчик 11,схемы разрешения И 12, 13, приходя навходы которых,.они разрешают прохождение соответствующего управляющегосигнала (логической единицы, увеличивающего или уменьшающего состояниереверсивного счетчика 11 на единицу и задним фронтом разрешает перезапись сигналов с выходов параллельного регистра 14на выходы, Таким образом в момент появления импульса (переднего его фронта) свыхода схемы ИЛИ 10 на входах параллельного регистра 14 имеется набор сигналов свыходов СФИ 7 после его последнего изменения, а на выходе параллельного регистранабор сигналов с выходов СФИ 7 до последнего изменения набора, Схемы ИЛИ-НЕ 15, 416, 17, 18 формируют инверсные значенияэлементов наборов до и после изменения.Элементы И 19-26, ИЛИ 27, 28 соединенныесогласно схеме (см.фиг.3) реализуют таблицу переключений (см.фиг,2 б), где выходныесигналы схем ИЛИ 27, 28 соответствуютзначениям приведенным в пятой или шестой колонках соответственно,Эти значения проходят на выходе схемИ 12, 13 без изменения т.к. в это время навторых входах схем И 12, 13 поддерживается уровень логической единицы импульсомс выхода схемы ИЛИ 10. Состояние реверсивного счетчика 11 увеличивается илиуменьшается в зависимости оттого на выходе какой схемы И (12 или 13 соответственно) появляется передний фронт единичного импульса, Новый набор сигналов с выходов СФИ записывается на выходы параллельного регистра 14 задним фронтом импульса со схемы ИЛИ 10. К этому моменту переключение состояния реверсивного счетчика уже происходит и БОС 7 готов к новому изменению набора сигналовна выходах СФИ. Если изменения набора сигналов на выходах СФИ не происходит, то нет импульса на выходе схемы ИЛИ 10, отсутствие которого приводит к тому, что на выходах схем И 12, .13 не будет появляться уровень логической ключения состояния реверсивного счетчика 11. О величине перемещения судят по состоянию информации на выходах реверсивного счетчика.По сравнению с прототипом заявляемое решение обладает повышенной точностью. Точность заявляемого устройства определяется минимально возможным шагом маски и размерами световода, которые должны соответствовать ширине полосы маски, а так же и количеством используемых световодов. На длине волны используемого излучения 1 мкм минимально возможная ширина световода при которой сохраняется его направляющие свойства, а следовательно и соответствующая ширина полосы маски составляет 1 мкм (Свечников Г.В, Интегральная оптика, - Киев; Наукова думка, 1988, с. 144), При 1 ч = 2 это соответчением М шаг дискретизации уменьшается). У прототипа шаг.дискретизации (как было показано выше составляет не менее 2 мкм даже если не учитывать влияние дифракФормула изобретения Устройство для измерения линейныхперемещеций, содержащее оптически связанные источник излучения, измерительную линейку с периодической световой структурой, приемник излучения, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено блоком обработки сигналов, 1 ч формирователями импульсов блоком ввода излучения, расположенным на выходе источника излучения, оптически связанными с блоком ввода излучения, М световодами, где М = 2, 3, 4, измерительная линейка выполнена в виде маски из чередующихся равной ширины полос материалов с различными оптическими свойствами, световоды оптически связаны с маской через бсковую поверхность, расположены параллельно полости маски со сдвигом друг относительно друга на расстояние,равное(2 с+ - )Т,1285 где М - 1,2,3 Т - йериод маски, приемник излучения выполнен в виде М фотоприемников, выход источника излучения через блок ввода излучения оптически связан с входами световодов, выходные торцы которых оптически связаны с входами й фотоприемников, выходы которых соединены с входами каждого из й Формирователей импульсов, выходы которых связаны с входами блока обработки сигналов.1803739 Составитель С. АдаменТехред М. Моргентал ктор 3. Салка Редактор О. Стенина роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж л.Гагарина, 101 аказ 1048 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5