Оптический датчик перемещений

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Респубиик (n 998856 (61) Дополнительное к авт. свид-ву Р 926530 (22) Заявлено 151280 (21) 3218955/25-28

Р М g+ з

G01 В 11/00»

G01 В 11/26 сприсоединениемэаявки ¹

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 230283. Бюллетень ¹ 7

Дата опубликования описания 230283

f 33) )fДК531 ° 14 (088.8) (72) Авторы мэс.бретения

Э.Д. Панков, П.П. Кузьмин, и Ю.П. Фар

Ленинградский институт тс»

Ленинградский институт во и Ленинградский технологи целлюлозно-бумажной пр ки, (71):Заявители (54) ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к измери.тельной технике и может быть использовано для определения линейных перемещений и вибраций объектов, в частности биений вращающихся валов.

По основному авт.св. 9 926530 известен оптический датчик перемещений, содержащий осветитель, светочувствительный преобразователь и растр, расположенный между осветителем и преобразователем, отражательную голо грамму линзы по ходу луча между. осветителем и растром, за растром установлен проекционный элемент, светочувствительный преобразователь выполнен в виде двух фотоприемников, включенных выходом на входы формирователей импульсов, один выход которых включен на входы моста сравнения, а второй — на анализатор гармоник, между проекционным элементом и фотоприемником размещены коррекционные = элементы, электрически связанные, с мостом сравнения, фотоприемники расположены на прямой, перпендикулярной линиям растра и проходящей через оптическую.ось голограммы линзы на расстоянии р от оптической оси:; равном + Л р=-. а где а — шаг растра;

Ч - целые числа P1).

Недостатком устройства является невозможность использования датчика в случаях, когда нет доступа к торцу вала, биение которого требуется измерить, но имеется доступ к образующим указанного вала.

Целью изобретения является измерение перемещений объектов, находя». щихся в труднодоступных местах.

Цель достигается тем, что оптический датчик перемещений снабжен фрикционно связываемым с контролируемым объектом прижимным роликом, диаметр которого не кратен диаметру контролируемого вала, полупрозрачным зеркалом, установленным между отражательной голограммой линзы и растром, дополнительным растром, установленным в ходе излучения между полупрозрачным зеркалом и проекционным элементом с возможностью перемещения в плоскости растра ортогонально направлению его штрихов, интегратором, делителем и индикатором, Последовательно подключенными к выходу анализатора гармоник,нереверсивным счетчиком, вход которого подключен к выходу моста сравнения, 998856 а выход — к второму входу интегратора, и задатчиком времени-измерения, подключенным к вторым входам нереверсивного счетчика и делителя, а отражательная голограмма линзы установлена на торце прижимного ролика.

На чертеже приведена принципиальная схема оптического .датчика пере<мещений:.

Оптический датчик перемещений содержит осветитель 1, отражательную голограмму 2 линзы, растр 3 и дополнительный 4, проекционный элемент 5, два фотоприемника б и 7, установленные на прямых, перпендикулярных линиям растров 3, 4 и проходящих через оптические оси голограммы 2 линзы на расстоянии P = -<- (7 /2Т ) а, где а— шаг растра, Ч вЂ”. целое число, два фор мирователя 8- и 9 импульсов, входы которых связаны с выходами фотоприемников 6 и 7, анализатор 10 гармоник, входы которого соединены с выходами формирователей 8 и 9 импульсов, мост 11 сравнения на входы которого подаются сигналы с вторых формирователей 8 и 9 импульсов, коррекционные элементы 12 и 13 электрически связанные с мостом 11 сравнения, интегратор 14, делитель 15 и индикатор 16, последовательно вклю< ченные на выход анализатора 10 гармоник, нереверсивный счетчик 17, включенный на выход моста 11 сравнения, при этом на вторые входы нереверсивного счетчика 17 и делителя 15 подключен задатчик 18 времени измерения.

Голограмма 2 жестко закреплена на оси ролика 19, фрикционно связанного с контролируемым валом 20, с помощью пружинного устройства 21.

Для разделения каналов фотоприемни.ков 6 и 7 между голограммой 2 и раствром 3 установлено полупрозрачное зеркало 22. Перпендикулярно на" правлениям оптических осей полупрозрачного зеркала 22 установлены растры 3 и 4, штрихи которых расположены в пространстве таким образом, чтобы по отношению к оптическим осям иметь различное начальное положение, отличающееся на угол, не кратный 180 о

Между растром 4 и проекционным элементом 5 последовательно установлены зеркала 23-25. В каналах растров

3 и 4 установлены также проекционные элементы 26 и 27, соответственно.

Возможность перемещения растра 4 предусмотрена с целью настройки прибора.

Датчик работает следующим образом.

Осветитель 1, подсвечивает отража" тельную голограмму 2 линзы. При оптическом сопряжении голограммы 2 и линейного растра 3 с помощью проекционного элемента 26 и отсутствии виброперемещений контролируемого . вала 20 при его вращении образуется изображение двух зонных решеток Френеля, которые проекционным элементом 5 с увеличением 1-х переносятся в плоскость фотоприемников б и 7.

Фазы зонных решеток сдвинуты относительно друг друга на угол, не равный

180, что приводит к освещению цент0

10 ра одной решетки, тогда как в центре другой решетки засветка отсутствует.

При наличии виброперемещений, т.е. смещении голограммы 2 и линейного растра 3 в направлении, перпенf5 дикулярном линиям растра 3 изменяется фаза зонных решеток и происходит их поперечное смещение. С помоцью полупрозрачного зеркала 22 и проекционного элемента 27 достигается сопряжение голограммы 2 и растра 4, которое элементами 23, 24, 25 и 5 переносится в плоскости приемника 7.

Информационным параметром, по которому судят о величине и знаке перемещения ролика 19, является количество смен фаз, при этом это количество смен преобразуется в частоту выходного сигнала анализатора 10 гармоник.

Обработка сигналов фотоприемников 6 и 7 для получения информации о смещениях вала 20 осуществляется с помощью двух формирователей 8 и 9, импульсов, содержащих частотные фильтры, сигналы с которых подаются на

- анализатор 10 гармоник, переменная составляюцая выходного сигнала которого по частоте пропорциональна величине смещения ролика 19. Знак смещения определяется с помощью мос40 та 11 сравнения, куда поступают после формирователей 8 и 9 импульсов высокочастотные. составляющие сигналов фотоприемников 6 и 7.

Низкочастотная составляющая выходного сигнала моста 11 сравнения используется для компенсации поперечного смещения изображений зонных решеток Френеля относительно фотоприемников б и 7. Это достигается

5 0 с помоцью двух коррекционных элементов 12 и 13, которые управляются выходным сигналом моста 11 сравнения.

Коррекционные элементы 12 и 13 могут .быть выполнены, например, в виде

5,. -поворачивающихся зеркал, установлен55 ных в ходе пучков, при этом разворот зеркала осуществляется на углы, пропорциональные выходному сигналу моста 11 сравнения, например, с помоцью электромагнитных катушек. для получения информации о смещении контролируемого вала 20, сиг= йалы с анализатора 10 гармоник подаются на интегратор 14 и далее на де-. литель 15 и индикатор 16, а с моста

11 сравнения на нереверсивный счетЛ

-- 998856 чик 17. Выход счетчика 17 соединен e йнтегратором 14. На вторые входы счетчика 17 и делителя 15 подаются сигналы от задатчика 18 времени.

С выхода индикатора 16 снимается информация о биениях контролируемого вала 20. Для того, чтобы компенсировать биения ролйка 19 необходимо, чтобы за время измерения Т точка . контакта ролика 19 и вала 20 прошла все фазы сопряжения, т.е. каждая точка исследуемого нала 20 коснулась один раз всех точек прижимного ролика 19. ,Цля реализации этого условия необходимого, чтобы угловые скорости вала 20 и ролика 19(Ш}, ulg. } либо

;их диаметры Д.} соотносились

Укак

Шл de „Р

Лй Ч где p, q, Х (р и с} взаимно простые числа) .

Время измерения выбирается из ус ловия

I т-I a = }а„т= } т

Действительно, в этом случае

Ф=," иа„+ и, где p — величина на выходе индикатора 16}

ИД и N d - число импульсов, .обусловленное валом и роликом.

При оговоренных условиях иdg 0 т.е. на выходе индикатора 16 получается чистая информация о биении вала 20.

Направление движения выявляется путем сопоставления сигналов от приемников 6 и 7.

Снабжение датчика прижимным роликом., фрикционно -связываемым с объек том, установка на ролике отражательной голограммы позволяет испольэовать датчик: для измерения перемещения объектов, находящихся в труднодоступных местах.

Формула изобретения

Оптический датчик перемещений по авт.св. 9 9265ДО, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью измерения перемещений объектов, находящихся в труднодоступных местах, он снабжен фрикционно связываемым с контролируемым объектом прижимным, роликом, диаметр которого не кратен диаметру контролируемого вала, полупрозрачным зеркалом, установленным :между отражательной голограммой и

Я растром, дополнительным растром, установленным в ходе излучения между полупрозрачным зеркалом и проекционным элементом с возможностью перемещения в плоскости растра ортогональ25 но направлению его штрихов, интегратором, делителем и индикаторои, последовательно: подключенными к,выходу анализатора гармоник, нереверсивным счетчиком, вход которого подклю3(} чен к выходу моста сравнения, а выход — к второму входу интегратора, и.задатчиком времени измерения, подключенным. к вторым входам нереверсивного счетчика и делителя, а отражательная голограмма линзы установлена на торце прижимного ролика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9.926530, кл. 001 В 11/00, 01.08.80.

ВНИИПИ Заказ 1127/62 lèðàæ 600 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектная,4