Устройство для измерения линейных перемещений объекта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 0% (И) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпо делАм изОБРетений и ОТКРытий БРЕТЕН САНИ ДЕТЕЛЬСТ АВТОРСКОМУ 21) 3530549/ 22) 27.12.82 46) 23.09.84 72) А.А,Шуре(53 (56 Ф 5 ОО 2. Авторское свидетельство СССР 376653, кл,01 В 9/02, 1971(прототип) . входами блок деления правл ния перемещен блоков коррек ми частотного я, управляющие ции соединены сдискриминатора блока задержки ходы ыходаЪю делиеля частоть(54) ( ЛИНЕЙ жащее двумя вател ния п инфор котор опред и пер ое свидетельство СССРВ 21/00,974,7) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА, содердвухлучевой интерферометр с фотоэлектрическими преобразоми, блок определения направлеремещения, реверсивный счетчик мационный и управляющий входы го соединены с выходами блока ления направления перемещения ый блок коррекции, вход которо В 21/00, ( 01 В 9/О го соединен с выходом первого фотоэлектрического преобразователя,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измерения,оно снабжено частотным дискриминатором, вход которого соединен с информационным входом реверсивногосчетчика, делителем частоты, информационный и установочный входы которого соединены соответственно синформационным и управляющим входамиреверсивного счетчика, блоком задержки, вход которого соединен свыходом делителя частоты, вторымблоком коррекции, вход которогосоединен с выходом второго фотоэлектрического преобразователя,выходы блоков коррекции связаны сИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано ьля измерения линейных перемещений различных объектов.Известно устройство для измерения линейных перемещений объекта,содержащее двухлучевой интерферометрс двумя фотоэлектрическими преобразователями, блок определения направления перемещения, реверсивный счетчик, информационный и управляющиевходы которого соединены с выходамйблока определения направлений перемещения, а также вспомогательныйинтерферометр, В устройстве осуществляется коррекщя результатов измерения при изменении длины опорного плеча осового интерферометра 11.Иедостаток устройства - появлениеогрешности измерения при изменении величины постоянной и переменной составляющих сигнала фототока,снимаемого с Фотоэлектрических преобразователей,Цаиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяустройство для измерения линейных перемещений объекта, содержащее двухлучевой интерферометр с двумя Фотоэлектрическими преобразователями, блок отрертеленя направления перемещения, реверсивный счетчик, иформацоый и управляющий входы которого соединены с выходами блока оп редел ения на пра иления пер емещения и первый блок коррекци, вход которого соединен с выходом первого Фотоэлектрического преобразователя, Устройство также содержит вспомогательный интерфсрометр, В нем осуществляетсяоррещя результатов измерения при изменении длины измерительного плеча основного интерферометра и показателя преломления среды 2 .Кедостатком известного устройства является появление погрешности измерений при изменении величины постоянной и переменной составляющих сигнала Фототока, снимаемого с Фотоэлектрических преобразователей, при изменении мощности излучения когерентного источника света, входящего в основной интерферометр, измеени контрастности интерференционных полос и т.д. Цель изобретепя - повышениеточности измерения. Указанная цель достигается тем,что устройство для измерения линейных перемещений объекта, содержащее5двухлучевой интерферометр с двумяФотоэлектрическими преобразователями,блок определения направления перемещения, реверсивный счетчик, информационный и управляющий входы которого соединены с выходами блока определения направления перемещенияи первый блок коррекции, вход которого соединен с выходом первого Фотоэлектрического преобразователя,снабжено частотным дискриминатором,Вход которого соединен с информационным входом реверсивного счетчика, делителем частоты, информационный и установочный входы которого20соединены соответственно с информационным и управляющим входамиреверсивного счетчика, блоком задержки, вход которого соединен свыходом делителя частоты, вторымблоком коррекции, вход которогосоединен с выходом второго фотоэлектрического преобразователя, выходыблоков коррекции связаны с входамиблока определения направления переЗОмещения, управляющие входы блоковкоррекции соединены с выходами час -тотного дискриминатора, делителя частоты и блока зацержки,Иа фиг. 1 представлена Функциональная схема устройства, на Фиг.2Функциональная схема блока коррекции . Устройство содерит двухлучевойинтерферометр 1 с двумя Фотоэлектри 40 ческими преобразователяя, состоящий из оптически связанных источника 2 когерентного излучения, светоделительного элемента 3, зеркала 4, установленного в опорной ветви, зер - кала 5, связанного с объектом, установленного в измерительной ветви, светоделительного элемента 6, диафрагм 7, 8 фотоприемников 9, 10, блоки 11, 12 коррекции, входы котоОрых соединены с фотоприемниками 9,10, сумматор 13, входы которого соединены с выходами блоков 11, 12 коррекции, вычитатель 14, входы которого соединены с выходами блоков 11 5512 коррекции, блоки 15, 16 коррекции, входы которых соединены с выходами сумматора 13 и вычитателя 14, блок 17 определения направления перемещения, входы которого соединены1114881 3с выходами блоков 15, 16 коррекции, реверсивный счетчик 18, информационный и управляющий входы которого соединены с выходами блока 17 определения направления перемещения, частотный дискриминатор 19, вход которого соединен с информационным входом реверсивного счетчика 18, делитель 20 частоты, информационный и установочный входы которого соеди нены с информационным и управляющими входами реверсивного счетчика 18, блок 22 задержки, вход которого соединен с выходом делителя частоты, управляющие входы блоков 11, 12, 15 15 и 16 коррекции соединены с выходами частотного дискриминатора 19, делителя 20 частоты и блока 21 задержки;Блоки 11, 12, 15 и 16 коррекции 20 состоят из узлов 22 поддержания уровня постоянной составляющей и узлов 23 поддержания уровня переменной сос - тавляющей.Узел 22 поддержания постоянной составляющей включает сумматор 24, амплитудные детекторы 25, 26 сумматор 27, цифровой сумматор 28, коммутатор 29, тактируемый блок ЗС сравнения, реверсивный счетчик 31, цифроаналоговый преобразователь 32.Узел 23 поддержания уровня переменной составляющей включает пере- множитель 33, амплитудные детекторы 34, 35, вычитатель 36, цифровой вычитатель 37, коммутатор 38, такти 35 руемый блок 39 сравнения, реверсивный счетчик 40, цифроаналоговый преобразователь 41.Устройство работает следующим40 образом.Световой луч, излучаемый источником 2 когерентного излучения,делится светоделительным элементом 3 на два луча - опорный и измери 45 тельный, которые, отразившие ь от зеркал 4, 5, в обратном ходе интерферируют на светоделительном" элементе 3., разделяются на два луча светодели - тельным элементом 6 и, пройдя диафрагмы 7, 8 попадают на фотоприем 50 ники 9, 10. Сигналы, с кима емые с фотопри емников 9, 10 сдвинутые один относительно другого на 90, поступают на 55двходы блоков 11, 12 коррекции, выход-, ной сигнал которых поступает на входы сумматора 13 и вычитателя 14. Сигналы с выходов сумматора 13и вычитателя 14 поступают на входыблоков 15, 16 коррекции, выходнойсигнал которых поступает на входыблока 17 определения направления перемещения.При перемещении зеркала 5, связанного с объектом, интерференционные полосы, формируемые на светоделительном элементе 5, перемещаются, что приводит к появлению сигналов на входе блока 17 определения направления перемещения,В зависимости от знака перемещения объекта блок 17 определениянаправления перемещения формируетсигнал знака перемещения объекта,который поступает на управляющийвход реверсивного счетчика 18, наинформационный вход которого поступают импульсные сигналы с выходаблока 17 определения управленияперемещения, количество которых связано с величиной линейного перемещения объекта.Частота сигналов, формируемых навыходе блока 17 определения направления перемещения сигнализируется частотным дискриминатором 19 и периодически делится на четыре делителем20 частоты.При изменении направления перемещения делитель 21 частоты сбрасывается. При прохождении на вход реверсивного счетчика 18 четырехимпульсов, соответствующих перемещению одной интерференционной полосы,делитель 20 частоты формирует сигнал,запускающий блоки 11, 12, 15и 16 коррекции, которые осуществляютподстройку уровней постоянной и переменной составляющих. Работа блоков11, 12, 15 и 16 коррекции одинакова.Каждый из блоков 11, 12, 15 и 16коррекции представляет собой последовательно включенные узлы 22, 23 поддержания уровней постоянной и переменной составляющих. Работа каждого из узлов 22, 23 поддержания постоянной и переменной составляющих основана на анализе постоянной и переменной составляющих информационного сигнала, сравнении с уставкой и формировании сигнала управления, поддерживающего уровень постоянной и переменной составляющих неизменным.ЛГСЛИЗ ОСтаНгОЙ г гЕРЕМЕНПОйС 0 С Т са3, Яи Х П Р 0 13 0Т Г Я П Л ГГ 0 С Т 0 Я ППОМ и:,И ПСРЕМГППОМ ТОКС 13 3 ЛВИСИОст От сс 0130 сти перемспссспия объек -Тс 1, К 0 1 017 3 51 ОП) Сгс ГЛ Я Т С Я - а С Т 0 Т НЬ 1 М1 и с 11)ггн с т 13 0 г19,11 вформлциопый си пал 9 посгуплю -Г 51 Й НЛ Б "с ОД г 1,с 1 СЛ 1 1 (ОррсСг 119 ПОДЛе "сС 51 ПЛ 13"Ос Сс" Гс.торсЛ 29 ВЫХО 3 ОЙСИГ 1 с.3 С КОТО ОГО ПОГГЛ С".1 Ся ПЛ 3 ХОДС 13."101 с 1 ГС 353 33 9 13 ы СОДИОЙ СИГЛлс соороО посуглст пл выХОД блока11 корр,гцгг.1 ср 11 ГЧ.1 Г г)ГХ С Пор Ос ТГ 1 Х ПЕПЕ мещ г 1 Ияобъекта сигпс 3 ы с выхода сумматора2 "Г И Пар СМожИТСЛ 51 33 ПОСТуПссаТ НсЧлмп.втуднвг детекторы 25, 26, 34и 35 зл 10.пао 1 максимальные ииВ; .1.Вгп С .33 ГПИ 51 Сг 11 а 013,Сгг;. гты с лЯ 1.птуд 1 ых детесторов25, 2 б 9 34 и 35 поступают па входыс угглОр л 2 гс г Г вс,тт Лля 3 б гаВвХОДс Х КОТОВ 9 к фОВЮруется СИ 11 а 919п 17 св; Осв Оп;1 л;гг и пГ)стог пОй и 113 с. -О П П ОЙ С 3 Ссз 3 ГГЯ аИ0 ) ". сз г 91 О П П ОГ ОС 3 ВЛ 31 Л 9 СОТОЭВе 9 ПрОЙЦЯ КОГмутст 0ргс 299 38 пбдлгатся нл тактирусмыеб.0 Си 3 09 39 СрсЧ г 3 п еПЗЯ 9 Г, Сс СравП 1 г 13 ЛЮТСЯ С ОГ О 31 ЫМ ПЛГ 1 РЯЖСНИЕМ11 ри 1 Оступ;3 Пп иг:Гупг сл фор -мируссмого,г 3 Ит 3 Г 20 глстс 31 с, наОДНОМ гЗ сгХОд 03 ТсзсруМВХ бвгос:ОВ309 39 срлвиепия в злвисимости от13 е 3 г 31 ь т с т с с 1) сл в и си 5 с 11 Ов3 р "ат с 5 и мПУЛЬСЫ, ПОС ГУГЛс ПЛ РСГГРСИВГсгЕсчтчис 31,. О, ггыходпой сигнал которых в виде параллельного кодапоступает на цифроаналоговые преобрлзовлтели 32, 41 Вьгходные сигналыс которых поступают па входы сумма - 5 торп 24 и перемножителя ЗЗ, поддерживая неизменным уровень постояннойи переменной составляющих информационого сигнала на выходах блоков1 1 9 1 2, 1 5 и 1 б коррекции11 ри малых скоростях перемещенияобъекта члс тот ный дискриминатор 19гфОРГаРУЕТ СГНЛЛ, ПЕРЕКЛЮЧаЮЩИй КОМмутаторы 29, 38, л постоянная иП 13 Г 13 ПЛЯ СОСтаВЛЯаЩГИЕ ИНФОРМаЦИОН ного сигнала измеряются цифровымисумматором 28 и Вычитателем 379 выходпые сигналы с которых через коммутаторы 29, 38 поступают на тактирусмве блоки 30 39 сравнения .2 О Сброс цифровых сумматора 28 ивычитатепя 37 осуществляется импульсом, Формируемым блоком 21 задержки.Сумматор 13 и Вычитатель 14 Формируют пл выходах кзадратуры изменяюУ 5 щиеся информационные сигналы присгвиге Фаз информационных сигналовСНИМЛЕМЫХ С 1 ОТОГсРИЕНИКОВ 9, 10,апл величину, отличающуюся от 90,11 спользование предлагаемого уст- ЗВ РОЙС с 13 сс ПОЗВОЛЯЕТ ПОВЫСИТЬ ТОЧНОСТЬизмсрс.пия линейных перемещений объекта путем автоматического регулироВлия постоянной и переменной составл 5 пащих информационных аналоговыхсигпало 3 при рлзличньгх скоростяхпермощесия объекта./27 Тираж 586ВНИИГИ Государственного кпо делам изобретений и3035, Иосква, Ж - 35, Раушс б ка пи с но итета крыти д. 4/ а Филиал ППП "Пате Ужго роектна