Устройство для измерения импульсных перемещений

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности за счет устранения дрейфа коэффициента преобразования. Принцип действия устройства основан на измерении перемещений объекта с помощью оптического датчика, реализованного в виде волоконно-оптического преобразователя (ВОП), образованного источником 8 излучения и фотоприемником 1, оптически связанными между собой разветвленным световодом. Дрейф коэффициента преобразования ВОП, обусловленный изменениями температуры окружающей среды, условий светопропускания в промежутке между торцом световода и поверхностью фотоприемника, закрепленного на последуемом объекте, и другими дестабилизирующими факторами, приводящими к вариации потока излучения и, как следствие, к изменению отклика ВОП, может быть скомпенсирован соответствующим изменением светового потока источника 8 излучения. Однако при многократных ударных воздействиях начальное положение границы оптической неоднородности (границы исследуемого объекта) меняется после каждого удара, что вносит значительные погрешности в результат измерения и указанная компенсация дрейфа становится малоэффективной. Положительный эффект достигается в устройстве путем разделения в блоке 2 переменной и постоянной составляющих информационного сигнала с выхода фотоприемника 1 на постоянную (но меняющую свое значение после каждого удара) и переменную составляющие. Последняя используется для блокирования процесса компенсации дрейфа на время ударного импульса. Постоянная составляющая используется для компенсации дрейфа коэффициента преобразования ВОП с помощью регулирования мощности источника 8 излучения, питаемого от управляемого источника 7 тока. 3 ил.

„„80„„1562706

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (51) 5 С 01 В 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1(21) 4467624/24-28 (22) 29.07.88 (46) 07.05.90. Бюл. й- 17 (71) Московский институт электронного машиностроения (72) Ю.И.Гудков, Е.А.Зак, В.В.Зиновьев и M.I0.Ñìèðíîâ (53) 531.7 (088.8) (56) Зак Е.Н., Кравченко Н.П. Фотоэлектрические измерительные преобразователи с разветвленными световодами.

Обзор. — Зарубежная радиоэлектроника, 1980, 9 7, с.55. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности за счет устранения дрейфа коэффициента преобразования. Принцип действия устройства основан на измерении перемещений объекта с помощью оптического датчика, реализованного в виде Волоконно-оптического преобразователя (ВОП) образованного источником 8 излучения н фотоприемником 1, оптически связанными между собой разветвленным световодом. Дрейф коэффициента преобразования ВОП, обусловленный изменениями температуры окружающей среды, условий светопропуска1562706 ния в промежутке между торцом све.говода и поверхностью фотоприемника 1, закрепленного на последуемом объекте, и другими дестабилизирующими фактора5 ми, приводящими к вариации потока излучения и, как следствие, к изменению отклика ВОП, может быть скомпенсирован соответствующим изменением светового потока источника 8 излучения. 1О Однако при многократных ударных воз, действиях начальное положение грани-!

: :цы оптической неоднородности (границы ! исследуемого объекта) меняется после каждого удара, что вносит. значительные погрешности в результат измерения и указанная компенсация дрейфа станоИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения импульсных перемещений при исследованиях объектов на многократные ударные воздействия.

Целью изобретения является повышение точности за счет устранения дрейфа коэффициента преобразования.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 — функция преобразования; на фиг.3 — диаграмма работы устройства.

Устройство содержит последователь" 3 но соединенные фотоприемник 1, блок

2 разделения переменной и постоянной . составляющих, блок 3 выборки-хранения, первый компаратор 4, реверсивный счетчик 5, цифроаналоговый пре- 4О образователь 6 (ЦАП 6), управляемый источник ? тока и источник 8 излучения, разветвленный световод (не показан), через который оптически связаны источник 8 излучения и фото- 45 приемник 1, последовательно соединенные блок 9 опорного напряжения, второй компаратор 10, одновибратор 11 с регулируемой задержкой и элемент

ИЛИ 12, выход которого соединен с управляющим входом блока 3 выборкихранения и с входом. разрешения счета реверсивного счетчика. 5, генератор

13 импульсов,. выход которого соединен со счетным входом реверсивного

55 счетчика 5, блок. 14 начальной уста- новки, первый выход которого соединен с входом занесения информации реверсивного счетчика 5, а второй вится малоэффективной. Положительный эффект достигается в у тройстве ну разделения в блоке 2 п ременной и постоянной составляющих информационного сигнала с выхода фотоп. иемника 1 на постоянную (но меняющу:э свое значение после каждого удара) и переменную составляющие. Последняя используется для блокирования процесса компенсации дрейфа на время ударно о импульса.

Постоянная составляющая используется для компенсации дрейфа коэффициента преобразования ВОП с и мощью регулирования мощности источника 8 излучения, питаемого от управляемого источника 7 тока. 3 ил.

l выход соединен с вторым входом элемента ИЛИ 12, и регистратор 15, вход которого соединен с вторым выходом блока 2 разделения, первый и второй выходы блока 2 разделения соединены также с вторыми входами соответственно первого 4 и второго 10 компараторов.

Блок 2 разделения переменной и постоянной составляющих может быть выполнен, например, в виде двух фильтров — низкочастотного и высокочастот,ного, блок 14 начальной установки—

1 в виде набора переключателей или кно пок, количество которых зависит от разрядности реверсивного счетчика 5, ;источник 8 излучения — в виде группы инфракрасных светодиодов.

Дрейф коэффициента преобразования возникает при изменении температуры окружающей среды, ее светопропускания в промежутке между торцом световода и поверхностью, а также в результате воздействия других факторов, приводящих к вариации потока. излучения. Преобразование перемещения в общем случае осуществляется (фиг.2) вблизи рабочей точки 15,в которой достигается ,наибольшая крутизна и 1инейность. !

При воздействии указан ных выше факторов изменится коз рфициент преобразования, и отклик золоконно-оптического преобразователя (ВОП) при том же начальном положении границы оптической неоднородности:примет другое значение (точка 16), C:ñoìïåíñèðoâàòü погрешность можно изменением излучения (в данном случае е. о уменьшением) При уменьшении постояннои состав-, ляющей си1-нала относительно зафиксированного в блоке 3 выборки-хранения значения режим работы реверсивного счетчика 5 — "прямой счет". В результате уровень сигнала на выходе ЦАП

6 увеличивается, что, в свою очередь, приводит к увеличению потока от источника 8 излучения и, как следствие, к компенсации влияния дестабилизирующего фактора. При превышении постовыхода блока 3 выборки-хранения реверсивный счетчик 5 переходит в режим обратного счета, что ведет к уменьшению потока излучения и соответственно к уменьшению выходного сигнала. Таким образом, величина постоянной составляющей поддерживается на фиксированном уровне, что обеспечивает стабильность коэффициента преобразования, При ударном воздействии переменная составляющая сигнала выделяется на выходе блока 2 разделения постоянной и переменной составляющих и поступает на регистратор 15, а также на второй вход второго компаратора

10. При превышении уровня, поступающего на второй вход второго компаратора 10 с блока 9 опорного напряжения, второй компаратор 10,срабатывает и запускает одновибратор 11 с регулируемой задержкой на время Т (фиг.3). При этол уровень логической с выхода одновибратора 11 через элемент ИЛИ 12 запрещает работу реверсивного счетчика 5 в счетном режиме и переводит блок 3 выборки-хранения в режим выборки. Таким образом, на время ударного импульса регулировка поток излучения запрещается с целью исключения дополнительной погрешности, связанной с влиянием цепи стабилизации.

После настройки на втором (уйравляющем) выходе блока 14 начальной установки формируется уровень логического "0", и устройство переходит 50 в режим стабилизации. В блоке 3 выборки-хранения фиксируется уровень постоянной составляющей, пропорциональный положению объекта относительЧерез время Т, когда объект вернется в начальное положение относительно торца световода, на выходе одновибратора t1 появляется уровень логического "0", который разрешает работу реверсивного счетчика 5, а блок 3 выборки-хранения вновь переходит в режим хранения, но уже нового значения постоянной составляющей, пропорционального положению объекта после окончания ударного воздействия. но торца световода, а также разрешается работа реверсивного счетчика 5 в счетном режиме. Направление счета зависит от состояния первого компаратора 4.

15627.06 таким образом, чтобы функция преобразования II совместилась с функцией преобразования I (фиг.2), так как мощность светового потока входит ли-.

S нейным сомножителем в функцию преобразования ВОП.

Однако при многократных ударных воздействиях чачальное положение границы оптической неоднородности (границы исследуемого образца) изменяется практически после каждого удара. Т.е. если до удара образец находился в по- янной составляющей уровня сигнала с ложении а, то после удара он будет находиться в положении в. Так как изменение начального положения образца эквивалентно действию на информационный сигнал U (выходной сигнал фотоприемника 1) указанных дестабилизиру-. ющих факторов, то изменением величи- 20 ны потока излучения (источника 8 излучения) величина информационного сигнала U, (точка 17, фиг.2) может быть уменьшена до значения U (точка

18, фиг.2), что приведет в результа- 25 те к уменьшению коэффициента преобразования относительно номинального.

Устройство работает следуюшим образом.

Перед началом измерений устанавливается оптимальный зазор между торцом световода и объектом, на котором за,креплен фотоприемник i. С помощью блока 14 начальной установки в реверсивный счетчик 5 заносится код, сост- 35 ветствующий такому напряжению на выходе ЦАП 6 (а следовательно, тока источника 8 излучения), при котором достигается номинальный коэффициент преобразования устройства. При этом управляющий сигнал (логическая "1") с элемента ИЛИ 12 запрещает счет реверсивного счетчика 5 и переводит блок 3 выборки-хранения в режим выборки.

7 1562706

Ф о р м у л а и з 6 б р е т е н и я

Устройство для измерения импульсных перемещений, содержащее источник излучения, разветвленный световод, фотоприемник и регистратор, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повьипения точности за счет устранения дрейфа коэффицента преобразования, оно снабжено последовательно соединенными блоком разделения переменной и постоянной составляющих, блоком выборки-хранения, первым компараторОм-, реверсивным счетчиком, цифроана- 5 логовым преобразователем и управляемым источником тока, выход которого соединен с входом источника излучения, последовательно соединенными блоком опорного напряжения, вторым 2О компаратором, одновибратором с регулируемой задержкой и элементом ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом блока выборки -хранения и входом разрешения счета реверсивного счетчика, блоком начальной установки, первый выход которого соединен с входом занесения информации реверсивного счетчика, а второй выход соединен с вторым входом элемента HJM, и генератором импульсов, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, вход блока раз ;еления переменной и постоянной сост;.вляющих соединен с выходом фотопри<..минка, первый выход соединен также с вторым входом первого компаратора, а второй выход соединен с вторым ходом второго компаратора и входом егистратора.

1562706

КоРРектор В. Кабаций

Редактор Г.Гербер

Заказ 1055

Подннсное

Тираж 483

ВНИИПИ Государствечного комитета по изобретениям н открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101

8b/XZ

Составитель О.Смирнов

Техред M. Ходаннч