Устройство измерения линейных перемещений объектов с плоской зеркально-отражающей поверхностью

Устройство измерения перемещений объектов с плоской зеркально-отражающей поверхностью. Использование: контрольно-измерительная техника, в волоконно-оптических измерительных системах для бесконтактных измерений различных физических величин, например, давления, температуры, линейных перемещений и др. Сущность полезной модели: устройство содержит центральный световод 1 и n пар периферийных световодов 2, 3, 4, 5, 6, 7 (на фиг.1 n=3), каждая из которых расположена симметрично относительно центрального световода 1, что в n раз увеличивает число степеней свободы зеркально отражающей поверхности 8 при ее вращении относительно этих осей. Сформированный коллимационным устройством 13 пучок света от источника 14 через подводящий торец центрального световода 1 попадает на отражающую поверхность 8. При расстоянии z от торцевых граней световодов до отражающей поверхности, равном нулю, отраженный пучок света полностью возвращается в центральный световод 1 (фиг.2). По мере возрастания z отраженный от поверхности 8 пучок света попадает на все 7 граней световодов 1-7. Суммирование интенсивности света с выходных торцов световодов 2-7 и ее измерение увеличивает отношение зарегистрированных потоков

излучения с периферийных и центрального световодов в n раз, где n -число пар периферийных световодов, расположенных симметричного относительно центрального световода 1, а, следовательно, увеличивает чувствительность датчика. 2 ил.

Предложенное техническое решение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в волоконно-оптических измерительных системах для бесконтактных измерений различных физических величин, например, давления, температуры, линейных перемещений и др.

Наиболее близким техническим решением является устройство определения линейных перемещений объекта с плоской зеркально-отражающей поверхностью, содержащее центральный световод с разветвителем, два периферийных отводящих волоконных световода, расположенных симметрично относительно центрального световода с одинаковым апертурным углом , фотоприемники, оптически связанные с центральным и периферийными волоконными световодами соответственно, блок измерения полусуммы сигналов, электрически связанный с фотоприемниками периферийных световодов, блок формирования отношения сигналов, к которому подключены блок измерения полусуммы сигналов и фотоприемник центрального световода, коллимационное устройство, расположенное между источником излучения и центральным волоконным световодом с апертурным углом ₀, связанным с соотношением - ₀2_mах, где _mах - максимально возможное угловое отклонение отражающей поверхности от заданного исходного положения (см. патент РФ №1774233 класс G01N 21/55 07.11.1992 Бюл.№41).

Недостатком известного устройства является то, что исключить случайные угловые перемещения можно только относительно одной оси

вращения, заданной парой периферийных световодов, размещенных симметрично относительно центрального световода. Кроме того, чувствительность данного датчика к линейными перемещениям ограничена также этими двумя периферийными световодами.

Цель настоящего технического решения - увеличение чувствительности и повышение точности измерений за счет исключения влияния случайных угловых перемещений зеркально-отражающей поверхности при ее вращении относительно осей вращения, лежащих в плоскости торцевых граней центрального и периферийных световодов.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в устройстве измерения линейных перемещений объектов с плоской зеркально-отражающей поверхностью, содержащем центральный световод с разветвителем, периферийные отводящие волоконные световоды, расположенные симметрично относительно центрального световода с одинаковым апертурным углом , фотоприемники, оптически связанные с центральным и периферийными волоконными световодами соответственно, блок измерения полусуммы сигналов, электрически связанный с фотоприемниками периферийных световодов, блок формирования отношения сигналов, к которому подключены блок измерения полусуммы сигналов и фотоприемник центрального световода, коллимационное устройство, расположенное между источником излучения и центральным волоконным световодом с апертурным углом ₀, связанным с соотношением - ₀2_mах, где _mах - максимально возможное угловое отклонение отражающей поверхности от заданного исходного положения, периферийные световоды размещены по длине окружности попарно симметрично относительно центрального световода, при этом блок измерения полусуммы сигналов электрически связан с фотоприемниками периферийных световодов, а к блоку формирования

отношения сигналов подключены блок измерения полусуммы сигналов периферийных световодов и фотоприемник центрального световода.

На фигуре 1 представлено устройство, вид сверху (т.е. взаимное размещение световодов 1 - 7, расположенных в устройстве попарно), на фигуре 2 - функциональная схема устройства (условная развертка).

Устройство содержит центральный световод 1 (фиг.1) и n пар периферийных световодов 2, 3, 4, 5, 6, 7 (на фиг 1 n = 3), каждая из которых расположена симметрично относительно центрального световода 1, что в n раз увеличивает число степеней свободы зеркально-отражающей поверхности 8 при ее вращении относительно этих осей.

На фигуре 2 изображен центральный световод 1 с разветвителем, периферийные световоды 2, 3, 4, 5, 6, 7, расположенные как показано на фиг.1. Торцы световодов 1 - 7, обращенные к отражающей поверхности 8, лежат в одной плоскости. Кроме того, устройство содержит фотоприемники 9 - центральный и 10 - периферийные, оптически связанные с волоконными световодами 1 и 2, 3, 4, 5, 6, 7 соответственно, блок 11 суммирования 2n сигналов, блок 12 формирования отношения сигналов, к которому подключены фотоприемник центрального световода 9 и блок 11. Коллимационное устройство 13 имеет апертурный угол ₀, связанный с _mах соотношением - ₀ 2_mах, где _mах - максимально возможное угловое отклонение отражающей поверхности от заданного исходного положения. Устройство содержит источник излучения 14.

Устройство работает следующим образом:

Сформированный коллимационным устройством 13 пучок света от источника 14 через подводящий торец центрального световода 1 попадает на отражающую поверхность 8. При расстоянии z от торцевых поверхностей световодов 1 - 7 до отражающей поверхности 8, равном

нулю, отраженный пучок света полностью возвращается в центральный световод 1. По мере возрастания z отраженный от поверхности 8 пучок света попадает на все 7 граней световодов 1-7.

Суммирование интенсивности света с выходных торцов световодов 2-7 и ее измерение увеличивает отношение зарегистрированных потоков излучения с периферийных 2-7 и центрального 1 световодов в n раз, где n - число пар периферийных световодов 2-7, расположенных симметричного относительно центрального световода 1 Действительно, если у аналога функциональная зависимость выходного сигнала от величины линейных перемещений, формируемого как отношение P зарегистрированных потоков излучения с периферийных и центрального световодов, определяется выражением:

где S - площадь каждого из двух освещенных периферийных световодов при заданном z, - радиус сердцевины центрального световода, то в предлагаемом устройстве аналогичное выражение имеет вид:

где n - число пар периферийных световодов,

Отсюда следует, что масштабный коэффициент функции P(z), определяемый как тангенс угла наклона функции, в n раз превосходит соответствующий параметр у аналога, а следовательно, увеличивает чувствительность датчика.

При этом в предлагаемом устройстве исключается влияние угловых перемещений при наклонах зеркально-отражающей поверхности относительно n осей вращения, как показано на фигуре 1.

Таким образом, предложенное техническое решение увеличивает чувствительность датчика и повышает точность измерений.

Устройство измерения линейных перемещений объектов с плоской зеркально-отражающей поверхностью, содержащее центральный световод с разветвителем, периферийные отводящие волоконные световоды, расположенные симметрично относительно центрального световода с одинаковым апертурным углом , фотоприемники, оптически связанные с центральным и периферийными волоконными световодами соответственно, блок измерения полусуммы сигналов, электрически связанный с фотоприемниками периферийных световодов, блок формирования отношения сигналов, к которому подключены блок измерения полусуммы сигналов и фотоприемник центрального световода, коллимационное устройство, расположенное между источником излучения и центральным волоконным световодом с апертурным углом ₀, связанным с соотношением -₀ 2_max, где _max - максимально возможное угловое отклонение отражающей поверхности от заданного исходного положения, отличающееся тем, что периферийные световоды размещены по длине окружности симметрично относительно центрального световода, при этом блок измерения полусуммы сигналов электрически связан с фотоприемниками периферийных световодов, а к блоку формирования отношения сигналов подключены блок измерения полусуммы сигналов периферийных световодов и фотоприемник центрального световода.