Устройство для измерения малых угловых смещений объекта

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик гиг 968607(61)Дополнительное к ввт. свид-ву(22) Заявлено 040581 (21) 3281821/18-28 РМ К 1 з 6 01 В 11/26 с присоединением заявки Й 9 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(Я 3) УДК. 53171527г 088.8) Опубликовано 23.1082, Бюллетень Йо 39 Дата обубликования описания 23,10,82 СесОЯфгд ХУ 4 РР 7.ВАР,: фЙЩ йр,ду Мъ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ УГЛОВЫХСМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА йзобретение относится к контрольно-измерительной технике и может :быть использовано преимущественно для измерения малых угловых смеще-ний объектов.Известно устройство для измерения малых угловых смещений объекта, содержащее оптически сопряженные плоское стекло, закрепленное на объекте контроля, и жестко связанные между собой источник когерентного излучения, плоское зеркало и регистрирующий блок, выполненный в виде зрительной трубы 1 .Недостатками устройства являются низкие производительность и точность измерения, так как фиксирование результатов измерения производят визуально, Увеличения числа отражений луча от зеркал приводит к значительному сужению диапазона измерений.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измеренйя малых угловых смещений объекта, содержащЕе источник излучения, жестко связываемый с объектом измерений, установленные последовательно по ходу. светового луча свето- провод и фотопотенциометр, дифферен.цирующнй блок и счетчик импульсов,соединенные последовательно, и ий- вертор 2 г..Недостаток устройства - малая точ, ность измерения угловогосовмещенияобъекта в силу его нечувствительности к изменению угла смещения объектамежду двумя соседними изменениямичисла внутренних отражений луча отповерхности светопровода.Целью изобретения является повышение точности измерений.Поставленная цель достигается,тем, что устройство снабжено блоком 15,анализа четности, множительным бло,ком и двумя каналами измерения, каждый иэ которых состоит иэ соединенных последовательно сумматора и ключевого элемента, вторые входы ключевых элементов каналов измерения сое,динены с соответствующими выходамиблока анализа четности, первые входы.сумматоров соединены между собой и свйходом множительного блока, второй 25 вход сумматора одного из каналов измерения соединен с выходом .ннвертора,авторой вход сумматора другого каналаизмерения, входы инвертора и дифференцирующего блока соединены между собой 30 и с выходом Фбтопотенциометра, выходсчетчика импульсов соединен с входами блока анализа четности и множительного блока, а выходы ключевых элементов соединены между собой и янляются выходом устройства.На фиг. 1 представлена структурная 5 схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема оптической системы; на Фиг. 3 - графики изменения напряжения на выходе фотопотенциометра в функции углового положения объекта на фиг.4 1 О графики изменения напряжения на выхо.де дифференцирующего блока с изменением углового положения объекта,Устройство состоит из источника 1 излучения, светопровода 2, Фото потенциометра 3, дифференцирующего блока 4, счетчика 5 импульсов, блока 6 анализа четности, инвертора 7,мно" жительного блока 8, сумматоров 9 и 10 и ключевых элементов 11 и 12. Ис О точник 1, снетопровод 2 и фотопотенциометр 3 последовательно установле" ны и оптически сопряжены, причем оптическая ось светопровода 2 проходит через середину фотопотенциометра 3, выход которого подсоединен к входу счетчика 5 импульсов через дифференцирующий. блок 4 и к первым входам сумматоров 9 и 10, причем к входу сумматора 9 - через иннертор 7. Выход счетчика 5 импульсов подсоединен к входу блока б анализа четности и через множительный блок 8 к вторым входам сумматора 9 и 10, выходы которых подсоединены к входам сумматоров 9 и 10,выходы которых подсоединены к входам ключевых элементов 11 и 12 соответственно. Выходы блока б анализа четности подсоединены к управляющим входам ключевых элементов 11 и 12,выходы которых соединены между собой и явля 4 О ются выходом устройства.. Устройство работает следующим образом.Луч света от источника 1, жестко 45 связанного с контролируемым объектом, под определенным углом входит в светопровод 2. Многократно отразившись от его боковых поверхностей, луч попадает на поверхность фотопотенциометра 3. ередина фотопртенциометра 3 находится на продольной оси светопровода 2. Изменение угла смещения объекта.вызывает изменение числа внутренних отражений от поверхностей светопровода 2 (фиг,2) Число внутренних отражений луча от поверхностей светопронода находится в следующей зависимости от угла смещения объекта60о = - . едое,де где о " число внутренних отражений луча от поверхностей снетопровода 2; 65- диаметр светопровода 2;с 4 - угол смещения объекта.Выходное напряжение фотопотенциометра 3 находится в линейной зависимости от, координаты падения луча, на понерхности фотопотенциометра Зх О к(Ь+ГР+Р 2+Р) - - - - (о) ) еда(, )" д д ерш е 9 3 с(Ь+ ЬедаС - ид ф (1) для нечетного пгдето - крутизна фотопотенциометра 3Ь - полураэность длины фотопотенцчометра 3 и диаметра светопровода 2 (Фиг. 2),Р- расстояние от источника 1до переднего торца свето"провода 2 (фиг. 2);Р- расстояние от заднего торцасветопровода 2 до поверхности фотопотенциометра 3(.: Е+Р,+ Е;О - диаметр светопровода 2с(; угол смещения объекта;и в :число ннутренних отраженийлуча от поверхностей светопровода 2.На основании этого получаем зависимость.изменения угла смещения объекта от напряжения на выходе фотопотенциометра 3 и числа внутренних. отражений луча от поверхностей свето- провода 2 для четного и й (,= (О-КЬ + Ко ., (3) для нечетного о едсещ(1 сЬ+Кд (и+1) -О) )1(4) Число внутренних отражений лучаот поверхностей снетопровода 2 можно получить с выхода счетчика 5 импульсон, послав сигнал с выхода фотопотенциометра 3 (фиг. 3 ) через дифференцирующий блок 4 на вход счетчика 5 импульсов. Чйсло .импульсов напряжения поступающих с выхода дифференцирующего блока 4 на вход счетчика 5 импульсон, равно числу внутренних отражений луча от поверхностей снетопронода 2(фиг. 4).Сигнал О с выхода фотопотенциометра 3 поступает на первые О. 1 сх ргде М - крутизна фотопотенциометра 3.При изменении угла смещения объеккта выходное напряжение фотопотенцио" метра 3 изменяется по следующим формуламвходы сумматоров 9 и 10, причем на сумматор 9 - со знаком минусцля чего выход Фотопотенциометра,3 соединен со входом инвертора 7, выход которого подключен к сумматору 9. Сигнал, равный числу внутренних отражений луча 5 от поверхностей светопровода 2 и;, с выхода счетчика 5 импульсов поступает на вход множительного блока 8. С выхода множительного блока 8 сигнал, равный слагаемому Мпд(формулы 3 и 4) )О поступает на вторые выходы суммато ров 9 и 10. В сумматоре 9 находится постоянный сигнал, равный Ьа в сумматоре 10 - постоянный сигнал, равный величине 1 сЬ+д). 15Множительный блок 8 и сумматоры 9 и 10 могут быть реализованы на операционных усилителяхЕсли число внутренних отражений луча от поверхностей светопровода 2 четное, то с первоговыхода блока 6 анализа четности поступает сигнал на управляющий вход ключевого элемента 11 при этом схема реализует формулу 3 ). Если число внутренних отражений луча от.поверхностей светопровода 2 нечетное, то сигнал со второго выхода блока 6 анализа четности поступает на управляющий вход ключевого элемента 12 при этом схе,ма. реализует Формулу 4). Таким образом, .сигнал будет сниматься с нужного канала и будет пропорциональным величине сВ известном. устройстве код на выходе счетчика импульсов, пропорциональный углу смещения объекта, равен числу внутренних отражений луча от поверхностей светопровода, т.е.устройство не чувствительно к изменению угла смещения объекта междудвумя соседними изменениями числа внутренних отражений луча от поверхностей свето- провода. В отличие от известного пред-лагаемое устройство чувствительно к изменению угла смещения объекта меж ду соседними изменениями числа внутренних отражений луча от поверхностей светопровода, что значительно повышаетточность подобных устройств.Это обусловлено тем чтопри изме нении угла о между двумя соседними значениямичисла и в известном устройстве выходной сигнал не изменяется, тогда как предлагаемое устройство Регулирует это изменение (выражение 55 11 и 2 ). При этом, точность будет определяться чувствительностью фотопотенциометра, которая может быть охарактеризована минимальным смещением луча, вызывающим изменение выходного напряжения Фотопотенциометра,оно равно 1-5 мкм.Таким образом, применение предлагаемого устройства для измерения ма", лых угловых смещений объекта в контРольной технике позволит значительно повысить точность измерений,так как оно чувствительно к изменению угла смещения объекта между двумя соседними изменениями числа внутренних отра" жений луча от поверхностей светопровода, за счет распознавания четных и нечетных сигналов примененной схемой обработки информации.Формула изобретенияустройство для измерения малых угловых смещений объекта, содержащееисточник излучения, жестко связываемый с объектом измерения, установленные последовательно по ходу светового луча светопровод и фотопотенциометрдифференцирующий блок и счетчик импуЛьсов, соединенные последовательно и инвертор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьпаения точности измерений оно снабжено блоком анализа четности, множительным блоком и двумя каналами измерения, каждый из которых состоит из соединенных последователЬ- но сумматора и ключевого элемента, вторые входы ключевых элементов ка" налов измерения соединены с соответствующими выходами блока анализачетности, первые входы сумматоровсоединены между собой и с выходоммножительного блока, второй вход сумматора одного иэ каналов измерениясоединен с выходом инвертора, а второй вход сумматора другого каналаизмерения, входы инвертора и дифференцирующего блока соединены между собой и с выходом фотопотенциометра, выход счетчика импульсов соединен с входами блока анализа четности и множительного блока а.выходы ключевых элементов. соединены между собой и являются выходом устройства,Источники информации,,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР. ,В 200166, кл.С 01 В 11/26 19652. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2807937,кл.С 01 В 1126,1979 (прототип).,968607 Составитель Е.Глазковаедактор Н,Лазаренко Техред.Л.Пекарь , .КорректорМ.Шар Зака сн Филиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 43/67 Тир ВНИИПИ Государст по делам иэобре 13035, Москва,Жж 614 Подпенного комитета СССРений и открытий5 Раушская наб., д. 4/