RU1772625C - Оптико-электронное устройство дл измерени линейных перемещений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области измерительной техники и может быть использовано дл  измерени  линейных перемещений, амплитуд вибраций, линейных размеров деталей. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в оптико-электронное устройство дл  измерени  линейных перемещений объектов введен блок накоплени , а блок управлени  снабжен дополнительным выходом. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  линейных перемещений, амплитуд вибраций, линейных размеров деталей.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений.

На чертеже изображена блок-схема устройства .

Оптико-электронное устройство дл  измерени  линейных перемещений состоит из оптически св занных оптической системы 1 дл  формировани  интерференционных полос и дискретного фотопреобразовател  2, светочувствительный слой которого выполнен в виде системы из 32 параллельных электрически, изолированных фотоприемников , последовательно соединенных блока 3 обработки сигнала, информационный вход которого соединен с выходом дискретного фотопреобразовател  2, блок 4 форми- рователей, блока 5 счета, блока 6

накоплени  и блок 7 индикации, блока 8 управлени , выходы считывани  которого соединены с управл ющими входами дискретного фотопреобразовател  2, а первый, второй и третий выходы блока 8 управлени  соединены соответственно с первым, вторым и третьим управл ющими входами блока 3 обработки сигнала, причем третий выход блока 8 управлени  также соединен с первым управл ющим входом блока 4 формирователей и вторым входом блока 5 счета, четвертый выход блока 8 управлени  соединен с третьим входом блока 5 счета, второй управл ющий вход блока 4 соединен с первым входом блока 8 управлени  и первым управл ющим выходом блока 5 счета, третий управл ющий вход блока 4 соединен со вторым входом блока 8 управлени  и вторым управл ющим выходом блока 5 счета, п тый дополнительный выход блока 8 управлени   вл етс  выходом второго одно ч

ON Ю

вибратора в блоке 8 управлени  и соединен со вторым управл ющим входом блока 6 накоплени , первый управл ющий вход блока б накоплени  соединен с первым входом блока 5 счета.

Блок 6 накоплени  выполнен в виде последовательно соединенных сумматора 9, перва  группа входов которого  вл етс  входами блока 6 накоплени  и подключена к выходу блока 5 счета, первого буферного регистра 10, перва  группа выходов которого соединена.со второй группой входов сумматора 9 и второго буферного регистра 11, выходы которого  вл ютс  выходами блока

6накоплени  и соединены с входами блока

7индикации, счетчика 12, вход которого  вл етс  вторым управл ющим входом блока 6 накоплени  и соединен с п тым дополнительным выходом блока 8 управлени , выход счетчика 12 соединен с управл ющим входом второго буферного регистра 11 с входом сброса счетчика 12 и с входом второго одновибратора14,первого одновибра- тора 13, вход которого  рл егс  первым управл ющим входом блока б накоплени  и соединен с первым входом блока 5 счета, выход соединен с управл ющим входом первого буферного регистра 10, второго одновибратора 14,выход которого соединен с входом сброса первого буферного регистра 10.

Блок 8 управлени  выполнен аналогично прототипу и содержит генератор тактовых импульсов, схему счета, дешифратор, схему инверсии кода, схему согласовани , первый мультивибратор, второй мультивибратор , первую схему И-НЕ, вторую схему И-НЕ и п ть одновибраторов, причем, в отличие от прототипа, блок 8 управлени  содержит п тый дополнительный выход, который соединен с выходом второго одно- вибратора блока управлени . Все остальные св зи предлагаемого блока управлени  аналогичны блоку управлени  в прототипе.

Блок 3 обработки сигнала, блок 4 формирователей , блок 5 счета и блок 7 индикации в предлагаемом устройстве аналогичны по своему построению соответствующим блокам в устройстве, вз том за прототип.

Устройство работает следующим образом .

Из интерференционной картины, Сформированной блоком 1 формировани  интерференционных полос, выдел ютс  два полосы, темна  и светла , которые проецируютс  на дискретный фотопреобразова- тель 2, на выходе которого формируютс  сигналы, пропорциональные распределению освещенности вдоль выделенного участка . Рассто ние между крайними

фотоприемниками дискретного фотопреоб- разовател  2 равно периоду интерференционной полосы.

При линейных перемещени х контролируемого объекта происходит перемещение границы раздела интерференционных полос по фотоприемникам дискретного фотопреобразовател  2, в результате чего на его выходе формируетс  электрический сигнал,

амплитуда которого пропорциональна величине перемещени , а фаза св зана с пространственнымположением фотоприемникоэ в дискретном фотопреоб- рззователе 2.

Фиксиру  номер опрашиваемого столбца фотопреобразовател  2, на котором находитс  - границараздела интерференционных полос, можно однозначно определить величину перемещени 

объекта из выражени :

I- ,

где А-длина волны зондирующего излучени ;

п - количество столбцов дискретного

фотопреобразовател  2, приход щихс  на ширину двух соседних интерференционных полос;

N - номер опрашиваемого столбца дискретного фотопреобразовател  2.

Сигнал, снимаемый со всех элементов столбца дискретного фотопреобразовател  2, поступает на вход блока 3 обработки сигнала , где преобразуетс  ЛЦП в цифровой

код, который далее используетс  в блоке 3 дл  вычислени  среднего значени  информационного сигнала за врем  опроса элементов дискретного фотопреоОразовател  и сравнении текущего значени  амплитуды

информационного сигнала со средним значением , вычисленным и записанным в буферные регистры блока 3 в предыдущем цикле опроса элементов дискретного фотопреобразовател  2. С выхода блока 3 обработки сигнала снимаютс  пр моугольные импульсы, причем на период следовани  интерференционных полос приходитс  один импульс, а его фронты соответствуют моменту времени, при котором происходит переход от темной к светлой полосе и наоборот. Пр моугольные импульсы с выхода блока 3 обработки сигнала поступают на вход блока 4 формирователей, где преобразуютс  в короткие импульсп, фаза которых

прив зана к переднему и заднему фронтам импульса с выхода блока 3 обработки сигнала . Блок 4 формирователей в зависимости от состо ни  блока 5 счета пропускает импульсы , соответствующие переднему фронту

сигнала с выхода блока 3 обработки сигнала , или заднему, а также пропускает импульс с третьего выхода блока 8 управлени  в случае, если не поступил за врем  опроса столбцов дискретного фотопреобразовател  2 импульс с выхода блока 3 обработки сигнала. По заднему фронту импульса с третьего выхода блока 8 управлени  происходит занос в блок 5 счета нулей и обнуление блока 7 индикации.

В исходном состо нии, когда объект не движетс , и на приемную часть дискретного фотопреобраэовател  2 спроецированы две полосы с максимальной и минимальной освещенностью , на первый вход блока 5 счета приходит импульс с выхода блока 4 формирователей в момент, когда счетчики в блоке 5 счета уже обнулены импульсом с третьего выхода блока 8 управлени , состо ние первого буферного регистра 10, второго буферного регистра 11 и счетчика 12 сброшены в ноль, путем нажати  кнопки Сброс (на фиг.1 не показана). Таким образом, в исходном состо нии показани  блока 7 индикации нулевые. При смещении объекта происходит движение полос интерференционной картины, направление которого определ ет знак, а число полос, прошедших по дискретному фотопреобразователю 2 - его величину. При движении полос последовательно засвечиваютс  столбцы дискретного фотопреобразовател  2 от 1-го до n-го и соответственно последовательно по вл ютс  импульсы, с выхода блока 4 формирователей . Число импульсов, поступивших с четвертого выхода блока 8 управлени  на третий вход блока 5 счета, соответствует числу опрошенных столбцов фотопреобразовател  2, на котором находитс  граница раздела интерференционных полос. Это число, с приходом импульса на первый вход блока 5 счета, передаетс  в сумматор 9 и одновременно по импульсу сформированному одновибратором 13, то число записываетс  в буферный регистр 10 и передаетс  на вторую группу входов сумматора 9. В следующем цикле опроса элементов дискретного фотопреобразовател  2, с выхода сумматора 9 снимаетс  код суммы чисел поступившим на первую группу входов сумматора 9 с кодом на второй группе входов, пришедших с выхода буферного регистра 10, записанные в предыдущем цикле опроса элементов дискретного фотопреобразовател  2. В буферный регистр 10 импульсом с выхода одновибратора 13 будет записана сумма чисел кодов по первому и второму циклу опроса элементов фотопреобразовател  2.

В следующем цикле опроса в буферный регистр 10 будет записан код суммы чисел

за три цикла опроса элементов фотопреобразовател  2 и т.д. Таким образом, в буферный регистр 10 будет записан результат суммы кодов чисел за врем  накоплени ,

которое определ етс  количеством циклов опроса элементов фотопреобразовател  2, С выхода буферного регистра 10 снимаетс  среднее значение, вычисленное как результат делени  кода накопленной суммы чисел

0 на число, соответствующее количестпу циклов опроса элементов фотопреобразовател  2 за врем  накоплени . С п того дополнительного выхода блока 8 управлени  (вйход второго однозибратора 29, см,

5 блок-схему прототипа) снимаетс  импульс, длительность которого соответствует одному циклу опроса, этот импульс подаетс  на вход счетчика 12, который сосчитывает их и по истечению времени накоплени  пыдэет

0 на выходе импульс, по переднему фронту которого происходит запись усредненного результата измерений в буферный регистр 11, а по заднему - сброс счетчиков 12 в ноль. Одновибратор 14 по переднему

5 фронту импульса с выхода счетчика 12 формирует короткий импульс, который сбрасывает состо ние буферного регистра 10 в ноль, и таким образом,блок 6 накоплени  готов к прин тию следующей информации в

0 последующем цикле накоплени . Число, записанное в буферный регистр 11, отображаетс  на индикаторах младшего разр да (ИМР) блока 7 индикатора и соответствует смещению дробной части интерференцмон5 ной полосы.

Длительность импульса с выхода одно- вибратора 13 устанавливаетс  больше, чем врем  суммировани  сумматором 9, а длительность импульсов с выхода одновибрато0 ра 14 устанавливаетс  больше времени задержки передачи числа с выхода буферного регистра 11 на вход индикаторов в блоке 7 индикации. Врем  накоплени , по истечению которого происходит индикаци  усред5 ненного результата измерений микроперемещений, устанавливаетс  так, чтобы обеспечить требуемую точность и скорость отображени  информации, с учетом возможной частоты колебаний контролиру0 емого объекта. При этом предполагаетс , что контролируемый объект за врем  накоплени  может изменить свое положение только один раз, т.е. чтобы отследить положение объекта в реальном масштабе време5 ни, необходимо, чтобы частота следовани  импульсов с выхода счетчика 12 была равна или больше удвоенной максимальной частоты колебани  контролируемого объекта.

Схема блока 5 счета построена так, что обеспечивает увеличение показаний индикагоров старших разр дов в блоке 7 индикации независимо от знака смещени  при по влении цифры 00 после цифры 31 на выходе блока 5 и исключает увеличение показаний индикаторов старших разр дов при возникновении цифры 00 вслед за цифрой 01. Схема позвол ет также уменьшить показание индикатора старшего разр да на 1 при по влении на выходе блока 5 цифры 31 после цифры 00. Учитыва  то, что внешние вибрации лежат в диапазоне 0,1 до 600 Гц и нос т в основном колебательный характер , а схема счета построена по реверсу с учетом знака перемещени , то ошибка измерений будет уменьшена по сравнению с известным устройством, путем усреднени  результата измерений за врем  Тн (врем  накоплени ). В известном устройстве по прототипу, ошибка измерений будет больше , т.е. индикаци  результата измерений происходит в каждом цикле опроса элементов фотопреобразовател  2, а частота повторени  импульсов, соответствующих длительности одному циклу опроса, в дес ть и более раз превосходит верхнюю частоту действи  помехи, в таком случае, устройство будет отображать истинное положение объекта с учетом действи  на него помехи, что приводит к снижению точности измерений ,

Claims (1)

1. В предлагаемом устройстве ошибка измерений будет меньше, т.к. действие помехи на контролируемый обьект за врем  накоплени  будет учтено в каждом цикле опроса, т.е. просуммировано с учетом знака , и усреднено, что в конечном итоге позвол ет повысить точность измерений. Формула изобретени  Оптико-электронное устройство дл  измерени  линейных перемещений, содержащее оптически св занные оптическую систему формировани  интерференционных полос и дискретный фотопреобразователь , светочувствительный слой которого выполнен в виде системы параллельных электрически изолированных фотоприемников , последовательно соединенные блок обработки, входом подключенный к выходам фотопреобразовател , блок формирователей и блок счета, блок индикации и блок

   управлени , выходы считывани  которого соединены соответственно с управл ющими входами фотопреобразовател , первый и второй выходы соединены соответственное первым и вторым управл ющими входами

   блока обработки, третий выход соединен с третьим управл ющим входом блока обработки , вторым входом блока счета и первым управл ющим входом блока формирователей , второй и третий управл ющие входы

   которого объединены, соответственно с первым и вторым входами блока управлени  и соединены с первым и вторым управл ющими входами блока счета, третий вход которого соединен с четвертым выходом

   блока управлени , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, оно снабжено блоком накоплени , выполненным в виде последовательно соединенных сумматора , перва  группа входов которого  вл етс  входами блока, подключенными к выходам блока счета, первого буферного регистра , первой группой выходов, подключенной к второй группе входов сумматора, и второго буферного регистра, выходы которого  вл ютс  выходами блока, подключенными к входам блока индикации, первого одновибратора, вход которого  вл етс  первым управл ющим входом блока, соединенным с выходом блока формирователей, а

   выход соединен с управл ющим входом первого регистра, второго одновибратора, выход которого соединен с входом сброса первого регистра, и счетчика, вход которого  вл етс  вторым управл ющим входом

   сброса блока, а выход соединен с управл ющим входом второго регистра, входом второго одновибратора и входом сброса счетчика, а блок управлени  выполнен с п тым выходом, который соединен с вторым управл ющим входом блока накоплени .