SU996861A2 - Device for measuring object linear displacement - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к виброизмеритёльной технике и может быть использовано дл  измерени  линейных Перемещений, амплитуд вибраций линей ных размеров деталей в различных отрасл х промышленности.The invention relates to a vibration measuring technique and can be used to measure linear displacements, amplitudes of vibrations of linear dimensions of parts in various parts of the industry.

По основному авт. ев. 894352 известно устройство дл  измерени  линейных перемещений объектов, содержащее систему формировани  интерференционных или муаровых полос, св занную с ней линейку фотоприемников, блок индикации, блок пространственной селекции фотоприемников, входы которого подключены к фотоприемникам 1).According to the main author. ev 894352, a device for measuring linear displacements of objects is known, which contains a system for forming interference or moire bands, a line of photodetectors associated with it, a display unit, a unit for spatial selection of photodetectors, the inputs of which are connected to photodetectors 1).

Недостатком устройства  вл етс  низка  точность измерени  малых виброперемещений , обусловленна  тем, что при вибр перемещении объекта происходит сканирование границы раздела между темной и светлой интерференционной полосой по линейке фотоприемников , что приводит к искажению выходного сигнала, снимаемого с этого фотоприемника, и к снижению точности измерений.The drawback of the device is low measurement accuracy of small vibration displacements, due to the fact that when the object is vibrated, the interface between the dark and light interference band is scanned along the line of photodetectors, which leads to distortion of the output signal taken from this photodetector and lower measurement accuracy.

Цель изобретени  - повыаение точности измерени .The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  измерени  линейных перемещений объектов, содержащееThe goal is achieved by the fact that a device for measuring linear movements of objects, containing

с систему формировани  интерференционных или муаровых полос, св заннуюan interference or moire fringing system associated with

. с ней линейку фотоприемников, блок индикации, блок пространственной селекции фотоприемников, входы которого подключены к фотоприемникам . with it is a line of photodetectors, a display unit, a unit for spatial selection of photodetectors, the inputs of which are connected to photodetectors

10 снабжено последовательно соединенными блоксал управлени , подюпоченным входом к выходу блока пространственной селекции фотоприемников, и исполнительным узлом, св занным меха15 нически с линейкой фотоприемников. Блок управлени  выполнен в виде фильтра низких частот, св занного выходом с первым входом дифференци .jn ального усилител  и инфсфмгщионным10 is equipped with a series-connected control unit, a sub-input to the output of a block for spatial selection of photodetectors, and an actuating unit connected mechanically with a line of photodetectors. The control unit is made in the form of a low-pass filter connected to the output of the first input of the differential amplifier .jn and the information amplifier.

входом коммутатора, второй вход дифференциального усилител  подключен к первому выходу источника опорного напр жени , а выход - к первым входам высоковольтного усилител  и ком25 паратора, соединенного вторьм входом с выходом источника опорного напр жени , а выход компаратора подключен к управл ющему входу коммутатора и к второму входу ; высоковольтного уси30 лител . the input of the switch, the second input of the differential amplifier is connected to the first output of the voltage source, and the output is connected to the first inputs of the high-voltage amplifier and switch connected to the output of the reference voltage source, and the comparator output is connected to the second the entrance; high voltage usi30.

На чертеже изображена блок-схема устройства.The drawing shows a block diagram of the device.

Устройство дл  измерени  линейных перемещений объектов содержит систему 1 формировани  интерференционных или муаровых полос, св занную с ней линейку 2 фотоприемников, блок 3 индикации , блок 4 пространственной селекции фотрприемников, входы которого подключены к линейке 2 фотоприемников , последовательно соединенные блок 5 у1фа8лени , подключенный входом к выходу, блока 4 щ)остранствеиной селекции фотоприекшиков, и исполнительнь узел: 6, св занный механически с линейкой 2 фотоприемников.A device for measuring linear displacements of objects contains a system 1 of forming interference or moire bands, a line of 2 photoreceivers associated with it, a display unit 3, a block 4 for spatial selection of photo receivers, the inputs of which are connected to a line of 2 photodetectors, connected in series to a block of 5s, connected by an input to output, block 4 y) with the region of selection of photodetectors, and execution unit: 6, mechanically connected with a line of 2 photodetectors.

Блок 5 управлени  выполнен в виде фильтра 7 низких частот, св занного выходом с первым входом дифференциального усилител - 8 и информативным входом коммутато{:1а 9 второй вход дифференциального усилител  8 подключей к первому выходу исгочника 10 опорного напр жени , выход - к пер вым входам высоковольтного усилител  11 и компаратора 12, соединенного вторым входом с выходом источника 10 опорного напр жени , а выход компаратора 12 подключен к управл ющему входу коммутатора 9 и к второму входу высоковольтного усилител  11.Control unit 5 is made in the form of a low-pass filter 7 connected by an output to the first input of a differential amplifier 8 and an informative switchboard input {: 1a 9 the second input of a differential amplifier 8 is connected to the first output of the reference voltage source 10, the output is to the first inputs a high voltage amplifier 11 and a comparator 12 connected by a second input to the output of the source 10 of the reference voltage, and the output of the comparator 12 is connected to the control input of the switch 9 and to the second input of the high voltage amplifier 11.

Устройство рае отает следующим образом .The device paradise returns as follows.

Из интерференционной картины, сформированной системой 1 формирова . ни  интерференционных или муаровых полос, выдел етс  участок, соответствук дай переходу от светлой к темно полосе, который проецируетс  на линейку 2 фотоприемников, на выходе которых формируютс  сигналы, пропорциональные распределению освешенности вдоль выделенного участка.From the interference pattern formed by the system of 1 form. Neither interference or moire fringes are allocated a section that corresponds to the transition from the light to the dark band, which is projected onto a line of 2 photodetectors, at the output of which signals are generated that are proportional to the distribution of light along the selected section.

При вибропереме1цени х исследуемого объекта (на чертеже не показан) происходит сканирование интерференционной полосы по фотоприемникам линейки 2, в результате чего на их выходах фop Iиpyeтc  электрический сигнал , среднее значение которого св зано с пространственным положением фотоприемника линейки 2 относительно интерференционной полосы, а переменна  составл квда  св зана с величиной виброперемещени  и с пространственным положением фотоприемника линейки 2 .At vibroperformance of the object under study (not shown), the interference band is scanned by the photo-receivers of the ruler 2, resulting in an electrical signal at the outputs of the pholes I and pyc, the average value of which is related to the spatial position of the photo-receiver of the ruler 2 relative to the interference band, and the variable associated with the magnitude of the vibration and the spatial position of the photodetector line 2.

Блок 4 пространственной селекции фотоприемников линейки 2 подключает к блоку 3 индикации тот фотоприемник линейки 2, который пррстранственно расположен на участке, соответствующем середине между максимальной и минимальной освещенност ми интерференционной пол осы.The unit 4 for spatial selection of the photodetectors of the ruler 2 connects to the display unit 3 that photodetector of the ruler 2, which is prostrately located in the area corresponding to the middle between the maximum and minimum illuminance of the interference field of the wasp.

Блок 3 индикации индицирует переменный электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна величиThe display unit 3 displays an alternating electrical signal, the amplitude of which is proportional to the magnitude

невиброперемещений исследуемого объекта .non-vibratory movements of the object under study.

При сканировании границы раздела между максимальной и минимальной освещенност ми интер ренционной полосы в пределахсветочувствительной поверхности одного фотоприемника линейки 2 происходит искажение снимаемого с этого фотоприемника сигнала в том случае, если сканирование происходит не относительно центра границы раздела светочувствительной поверхности фотоприемника линейки 2.When scanning the interface between the maximum and minimum illumination of the interference band within the light sensitive surface of one photo detector of ruler 2, the signal taken from this photo detector is distorted if the scan is not relative to the center of the interface of the photo sensor of the ruler 2.

Посто нна  составл юща  сигнала, снимаемого с выхода указанного фотоприемника линейки 2, характеризует положение границы интерференционных полос на светочувствительной поверхности этого фотоприемника, что соответствует положению рабочей точки на передаточной характеристике, св зывающей величину линейного перемещени  интерференционной или муаровой полосы с величиной светового потока, падаи цего на фотоприемник. Сравнение значени  посто нной составл ющей сигнала , снимаемого в текущий момент с фотоприемника, с величиной напр жени , соответствующего положению рабочей точки на середине линейногоучастка передаточной характеристики забранного фотоприемника, позвол ет более точно настроить центр границы раздела светочувствительной поверхности выбранного фотоприемника линейки 2 на место сканировш1и  границы раздела интерференционной полосы и . устранить искажени  сигнала, снимаемого с выхода этого фотоприёмника при измерении магшх виброперемездений объекта, с1мплитуда колебаний которого не превышает величины линейного участка передаточной характеристики данного фотопрйемника. Сравнение значеиий указанных напр жений и более точна  настройка выбранного фотоприемника на место сканировани  границы раздела интерференционных полос осуществл етс  обратной св зью, состо щей из блока 5 управлени  и исполнительного узла 6, на котором закреплена линейка 2 фотоприемников им перемещаема .The constant component of the signal taken from the output of the specified photodetector line 2, characterizes the position of the boundary of the interference fringes on the photosensitive surface of this photodetector, which corresponds to the position of the operating point on the transfer characteristic, which relates the linear displacement of the interference or moire band to the value of the light flux on the photodetector. Comparison of the value of the constant component of the signal currently taken from the photodetector with the voltage corresponding to the position of the working point in the middle of the linear portion of the transfer characteristic of the collected photodetector allows you to more accurately adjust the center of the interface of the photosensitive surface of the selected photodetector line 2 to the scanning edge section of the interference band and. eliminate the distortion of the signal taken from the output of this photodetector when measuring the magnitude of the vibrations of an object, whose oscillation does not exceed the magnitude of the linear portion of the transfer characteristic of this photo receiver. Comparison of the values of the indicated voltages and more precise adjustment of the selected photodetector to the place of scanning the interface of interference fringes is carried out by feedback consisting of the control unit 5 and the actuating unit 6, on which the line 2 of photodetectors is fixed.

Сигнал с выхода блока 4 пространственной селекции фотоприемников поступает на вход фильтра 7 низких частот, с выхода которого посто нна  составл юща  сигнала поступает на первый вход дифференциального усилител  В, на второй вход которого подаетс  напр жение с первого выхода источника 10 опорного напр жени , величина которого соответствует нахождению рабочей точки на середине линейного участка передаточной характеристики выбранного фотоприемника линейки 2. В случае, если сканирование границы раздела интерферс пционных полос происходит не относительно центра границы раздела светочувствительной поверхности выбранного фото .приемника линейки 2, то на выходе дифференциального усилител  8 по вл етс  напр жение рассогласовани , величина которого пр мо пропорционал на рассто нию от центра границы раздела светочувствительной поверхности выбранного фoтoпpиe aiикa линейки 2 до места положени  точки на светочувствительной поверхности выбранного фотоприемника, относительно которой происходит сканирование границы раздела интерференционных полос. Знак напр жени  рассогласовани  определ ет направление перемещени . Напр жение рассогласовани  с выхода дифферециального усилител  8 через высоковольтный усилитель 11 подаетс  на , вход исполнительного узла 6, хоторое перемещает закрепленную на нем линейку 2 фотоприемников до тех пор, пока центр границы раздела светочувствительной поверхности выбранного фотог приемника линейки 2 не совпадет с точкой, относительно которой происходит сканирование границы раздела интерференционных полос. В момент, когда величина посто нной составл ющей измер емого сигнала совпадает с величиной напр жени , подаваемого с первого выхода источника 10 опорного напр жени , напр жение рассогласовани  становитс  равным нулю и перемещение линейки 2 фотоприемников прекращаетс .The signal from the output of block 4 of spatial selection of photodetectors is fed to the input of low-pass filter 7, the output of which the constant component of the signal goes to the first input of differential amplifier B, to the second input of which voltage is applied from the first output of source 10 of reference voltage, the value of which corresponds to finding the operating point in the middle of the linear portion of the transfer characteristic of the selected photodetector of the ruler 2. In the event that the interface of the interfering bands is scanned If it is not measured relative to the center of the interface of the photosensitive surface of the selected photo of the receiver of the ruler 2, then the output voltage of the differential amplifier 8 is the error voltage, the magnitude of which is directly proportional to the distance from the center of the interface of the photosensitive surface of the selected photo 2 of the ruler 2 to the position point on the photosensitive surface of the selected photodetector, relative to which the scanning of the interface of interference fringes takes place. The sign of the error voltage determines the direction of movement. The error voltage from the output of the differential amplifier 8 through the high-voltage amplifier 11 is fed to the input of the actuator 6, which moves the line 2 of photodetectors attached to it until the center of the interface of the photosensitive surface of the selected photoog receiver of the line 2 coincides with the point about which The interface of the interference bands is scanned. At the moment when the constant component of the measured signal coincides with the voltage supplied from the first output of the source 10 of the reference voltage, the error voltage becomes zero and the movement of the line 2 of photodetectors stops.

Напр жение рассогласовани  с выхода дифференциального усилител  8 поступает также на первый вход компаратора 12, где сравниваетс  с величиной напр жени , подаваемого на второй его вход с второго выхода источника 10 опорного напр жени . Величину этого напр жени  выбирают равной по абсолютному значению величине разности между напр жением, соответствующим максимальному или минимальному значени а тока, протекающего через выбранный фотоприемник. В момент, когда величина напр жени  рассогласовани  с выхода дифференциального усилител  8 достигает значени  величины напр жени , снимаемого с второго выхода источника 10 опоРгThe error voltage from the output of the differential amplifier 8 is also fed to the first input of the comparator 12, where it is compared with the voltage supplied to its second input from the second output of the source 10 of the reference voltage. The magnitude of this voltage is chosen equal in absolute value to the magnitude of the difference between the voltage corresponding to the maximum or minimum value of the current flowing through the selected photodetector. At the moment when the magnitude of the error voltage from the output of the differential amplifier 8 reaches the value of the voltage taken from the second output of the source 10 ops

-Э96861-E96861

ного напр жени , прои ;ходит фабатывание компаратора 12,-выходной,короткий импульс которого приводит к замыканию коммутатора 9 и к замыканию ключа в высоковольтном усилителе 11, через которые происходат быстрый разр д его накопительных конденсаторов . При этом исполнитель{а2й узел б возвршцает линейку 2 фотоприемников в исходное состо ние. Блок 4 простo ранственной селекции фотоприемников подключает к блоку 3 индикации следующий фотоприемник линейки 2. Далее процесс повтор етс . Использование, изобретени  позвол 5 ет более точно настроить выбранныйvoltage is generated; a comparator 12 is output, the short pulse of which leads to the closure of the switch 9 and to the closure of the key in the high-voltage amplifier 11, through which the fast discharge of its storage capacitors occurs. In this case, the performer {a2 node b returns the line of 2 photodetectors to the initial state. Unit 4 of a simple selection of photodetectors connects the next photodetector of line 2 to display unit 3 of the display. Then the process repeats. The use of the invention allows 5 to more precisely adjust the selected

. фотоприемник на границу раздела интерференционных полос и, следовательно,. photodetector at the interface of interference fringes and, therefore,

повысить точность измерени  выброперемещений .improve the measurement accuracy of displacement.

00

изобретени  the invention

Claims (2)

1.Устройство дл  измерени  линейных перемещений объектов по авт. св.1. A device for measuring the linear displacements of objects by ed. St. СССР 8Э4352, отличающеес  USSR 8E4352, different 5 тем, что, с целью повышени  точности измерени , оно снабжено последовательно соединенными блоком управлени , подключенным входом к выходу блока пространственной селекции фо0 топриемников, и исполнительным узлом, св занным механически с линейкой фотоприемников .5 in order to improve the measurement accuracy, it is equipped with a series-connected control unit connected by an input to the output of a unit for spatial selection of photo receivers, and an actuating unit connected mechanically to the line of photodetectors. 2.Устройство по п. 1, о т л ичающеес  тем, что блок управ5 лени  выполнен в виде фильтра низких частот, св занного выходом с первым входом дифференциального усилител 2. The device according to claim 1, that is, that the control unit is made in the form of a low-pass filter associated with the output to the first input of the differential amplifier и информационным входом ком утатора, второй вход дафференциального усили0 тел  подключен к первому saxony источника опорного напр жени , а выход - к первым входам высоковольтного усилител  и компаратора, соединенного вторым входом с выходом источS ника ОПОРНОГО напр жени , а выход компаратора подключен к управл ющему входу коммутатора и к второму входу высоковольтного усилител .and the information input of the commutator, the second input of the differential amplifier of the body is connected to the first saxony of the source of the reference voltage, and the output to the first inputs of the high-voltage amplifier and comparator connected to the second input of the reference voltage source, and the output of the comparator is connected to the control input switch and to the second input of the high-voltage amplifier. Источники информации, Information sources, 0 прин тые во внимание при экспертизе0 taken into account in the examination 1. Авторское свидетельство СССР 894352, кл. G 01 В 21/00, 1980 (прототип).1. USSR author's certificate 894352, cl. G 01 B 21/00, 1980 (prototype).