Устройство для измерения перемещения объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет определения направления перемещения относительно начального положения и повышение точности измерений за счет уменьшения температурной нестабильности. Источник 1 света формирует поток излучения. Измерительная решетка и индикаторные решетки модулируют поток излучения при перемещении подвижного элемента 2 относительно неподвижного элемента 3. Фотоприемники 18-21 преобразуют модулированный поток излучения в электрический сигнал. На выходе дифференциальных усилителей 22, 23 формируются электрические сигналы, сдвинутые один относительно другого ina 90° . Штрихи начала отсчета, нанесенные на подвижный и неподвижный элементы 2, 3, формируют постоянную составляющую, которая выделяется сумматорами 24,25 и дифференциальным усилителем 26. Сигнал на выходе дифференциального усилителя 26 изменяет знак при смещении подвижного элемента 2 относительно начального положения . Амплитудные детекторы 28,27. сумматор 29, регулятор 30 мощности излучения формируют сигнал управления мощностью излучения источника 1 света, поддерживая неизменной чувствительность устройства . 1 з. п. ф-лы, 4 ил. $0 со С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕ CKMX

РЕСПУБЛИК (я)с G 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОткРытиям

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4651129/28 (22) 13.02.89 (46) 23.06.91. Бюл. М 23 (72) Е. Ф, Товкач (53) 531,717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1180694, кл. 6 01 В 21/00, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет определения направления перемещения относительно начального положения и повышение точности измерений за счет уменьшения температурной нестабильности. Источник 1 света формирует поток излучения. Измерительная решетка и индикаторные решетки модулируют поток излучения при перемещении подвижного элемента 2 относительно,, Я2, 1657957 А1 неподвижного элемента 3. Фотоприемники

18-21 преобразуют модулированный поток излучения в электрический сигнал. На выходе дифференциальных усилителей 22, 23 формируются электрические сигналы, сдвинутые один относительно другого на 900.

Штрихи начала отсчета, нанесенные на подвижный и неподвижный элементы 2, 3. формируют постоянную составляющую, которая Bûäåëÿåòñÿ сумматорами 24, 25 и дифференциальным усилителем 26. Сигнал на выходе дифференциального усилителя 26 изменяет знак при смещении подвижного элемента 2 относительно начального положения. Амплитудные детекторы 28, 27. сумматор 29, регулятор 30 мощности излучения формируют сигнал управления мощностью излучения источника 1 света, поддерживая неизменной чувствительность устройства. 1 з. п, ф-лы, 4 ил.

1657957 45

55 г

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещения различных объектов.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей за счет определения направления перемещения относительно начального положения и повышение точности измерения за счет уменьшения температурной нестабильности, На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — расположение штриховых решеток на подвижном и неподвижном элементах (заштрихованы непрозрачные участки); на фиг. 3 и 4 — временные диаграммы сигналов, формируемых на выходах отдельных узлов устройства при перемещении подвижного элемента, Устройство содержит оптически связанные источник 1 света, подвижный и неподвижный элементы 2 и 3, на подвижный элемент 2 нанесена измерительная штриховая решетка 4 и штрихи 5-8 начала отсчета, на неподвижный элемент 3 нанесены четыре индикаторные решетки 9 — 12, сдвинутые одна относительно другой на четверть периода решетки, и штрихи 13 — 16 начала отсчета, штрихи 6, 7, 14, 15 начала отсчета и штрихи 5, 8, 13, 16 начала отсчета нанесены попарно симметрично относительно продольной оси симметрии измерительной решетки 4, штрихи 6, 14 и 7, 15 начала отсчета смещены на большее расстояние относительно продольной оси симметрии измерительной решетки 4, чем штрихи 5, 13 и 8, 16, оптическую систему 17, фотоприемники 18 — 21, выполненные в виде единого четырехквадратного фотоприемника, дифференциальные усилители 22 и 23, входы которых подключены соответственно к фотоприемникам 18 и 21 и фотоприемникам 19 и 20, сумматоры 24, 25, входы которых подключены соответственно к фотоприемникам 18, 21 и 19, 20, усилитель 26, входы которого подключены к выходам сумматоров 24 и 25, амплитудные детекторы 27 и

28, входы которых подключены соответственно к выходам дифференциальных усилителей 22 и 23, сумматор 29, входы которого подключены к выходам амплитудных детекторов 27 и 28, регулятор 30 мощности излучения, выход которого соединен с источником 1 света, вход регулятора 30 мощности излучения подключен к выходу сумматора 29, Устройство работает следующим образом.

Источник 1 света формирует поток излучения, направляемый на подвижный и неподвижный элементы 2 и 3. При переме5

40 щении подвижного элемента 2 измерительная и индикаторные штриховые решетки, нанесенные на подвижный и неподвижный элементы 2 и 3, мплулируют поток излучения.

Промодулированный по интенсивности поток излучения переносится оптической системой 17 на фотоприемники 18-21, На выходе фотоприемников 18 и 21, 19.и 20 формируются сигналы, переменные составляющие которых формируются в противофазе, за счет пространственного сдвига индикаторных решеток 10 и 11, 9 и 12 на половину периода решетки.

Постоянные составляющие сигналов, формируемые на выходе фотоприемников

18 и 21, 19 и 20, вычитаются дифференциальными усилителями 22 и 23. На выходе дифференциальных усилителей 22 и 23 формируются информационные сигналы, сдвинутые друг относительно друга на 900, за счет взаимного пространственного сдвига индикаторных решеток 10 и 11 относительно индикаторных решеток 9 и 12 на четверть периода решеток.

Сигналы с выходов дифференциальных усилителей 22 и 23 поступают на выход устройства, Величина постоянных составляющих на выходах фотоприемников 18 и 21, 19 и 20 зависит от смещения штрихов 6, 7 и 5, 8 начала отсчета, нанесенных на подвижный элемент 2 относительно штрихов 14, 15 и 13.

16 начала отсчета, нанесенных на неподвижный элемент 3.

При начальном положении подвижного элемента 2 относительно неподвижного элемента 3 величины постоянных составляющих, снимаемых с фотоприемников 18. 21 и 19, 20, равны. Сигналы с фотоприемников

18;21 и 19, 20 суммируются сумматорами 24 и 25, Сигналы, снимаемые с сумматоров 24 и 25, вычитаются дифференциальным усилителем 26. Сигнал, формируемый на выходе дифференциального усилителя 26, при нахождении подвижного элемента 2 в начальном положении равен нулю.

Переменная составляющая сигналов, снимаемых с фотоприемников 18. 21 и 19, 20, вычитается друг из друга сумматорами

24 и 25, так как переменные составляющие на выходах соответствующих фотоприемников 18, 21 и 19, 20 сдвинуты друг относительно друга.на 180 .

При смещении подвижного элемента 2 относительно неподвижного элемента 3 на выходе дифференциального усилителя 26 формируется сигнал начала отсчета соответствующего знака за счет увеличения или уменьшения пос гоянной составляющей сиг1657957 налов, снимаемых с фотоприемников 18 и

19, относительно сигналов, снимаемых с фотоприемников 19 и 20.

Темновые токи, величины которых связаны с изменением температуры, не вносят 5 дополнительной погрешности, так, как их суммы, формируемые на выходе сумматоров 24 и 25, вычитаются дифференциальным усилителем 26.

Информационные сигналы, сдвинутые 10 друг относительно друга на 90, детектируются амплитудными детекторами 28 и 27.

Сумматор 29 суммирует сигналы, формируемые амплитудными детекторами 28 и 27.

Сигнал, формируемый на выходе сумматора 15

29, зависит от амплитуды информационных сигналов, снимаемых с выходов дифференциальных усилителей 22 и 23, и не зависит от величины темновых токов фотоприемников 18, 21 и 19, 20, так как указанные темно- 20 вые токи вычитаются дифференциальными усилителями 23 и 25.

Значительное подавление переменных составляющих сигналов, формируемых на выходах дифференциальных усилителей 22 25 и 23, происходит за счет того, что сигналы, формируемые на выходе амплитудных детекторов 28 и 27, сдвинути друг oTHосительно друга на 180

Сигнал, пропорциональный мощности 30 потока излучения, формируемого источником 1 света и коэффициентом передачи фотоприемников 18, 21 и 19. 20, дифференциальных усилителей 22 и 23, амплитудных детекторов 28 и 27 и сумматора 29, поступа- 35 ет с его выхода на управляющий вход регулятора 30 мощности излучения, где сравнивается с опорным сигналом.

Регулятор 30 мощности излучения формирует сигнал управления, поступающий на 40 источник 1 света, поддерживая неизменной чувствительность устройства при изменении температуры.

Использование устройства позволяет расширить функциональные возможности 45 устройства эа счет определения направле- ния перемещения относительно начального положения подвижного элемента и повысить точность измерения за счет уменьшения температурной нестабильности, 50

Формула изобретения

1. Устройство для измерения перемещения объекта, содержащее оптически связанные источник света, подвижный элемент с нанесенным штрихом начала отсчета и из мерительной решеткой, неподвижный элемент с нанесенным штрихом начала отсчета и четырьмя индикаторными решетками, сдвинутыми друг относительно друга на четверть периода решетки, и четыре фотоприемника, два дифференциальных усилителя. входы которых связаны соответственно r. первым, четвертым и вторым, третьим фотоприемниками, первый сумматор, входы Которого связаны с первым, четвертым фотоприемниками, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональн.-l>, воэможностей 3а счет определения направления перемещения относительно началь ного положения. оно снабжено вторым сумматором, входь: KoiopGIQ связаны с В10рым и третьим фотоприемниками, третьим дифференциальным усилителем. I.õoäû êoiopoIo подключены к выходам перво и

BTopoI сумматоров, на подвижный и неподвижный элементы нанесень по Ipl. до.lofI нительных штриха начала отсчета, штрихи начала отсчета нанесены попарно симметрично относительно продольной оси с лммеiðèè измерительной решетки, первый и четвертый штрихи начала отсчета смещены на большее расстояние относительно про дольной оси симметрии измерительной решетки, чем второй и третий штрихи начала отсчета, четыре фотоприемника vvlootlllclltl в виде единого четырехквадратно о фотодатчика.

2. Устройство по и. l, о т и и ч à Io щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерений за счет уменьшения температурной нестабильности, оно снабжено двумя амплитудными детекторами, входы которых подключены к выходам первого и второго дифференциальных усилителей третьим сумматором, входы которого подключены к выходам амплитудных детекторов, регуляторсм мощности излучения, выход которого соединен с источником света, вход регулятора мощности излучения подключен к выходу третьего сумматора.

1657957

1657957

Составитель Т. Айсин

Техред М.Моргентал

Редактор С, Пекарь

Корректор: А. Осауленко

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

Заказ 1708 Тираж 386 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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