SU1474552A1

SU1474552A1 - Device for measuring revolution speed

Info

Publication number: SU1474552A1
Application number: SU874241671A
Authority: SU
Inventors: Владимир Леонидович Грибков; Владимир Александрович Лысков; Александр Сергеевич Мкртумов; Юрий Иванович Чернятин; Георгий Сергеевич Кринчик
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт телевидения и радиовещания; МГУ им. М.В.Ломоносова
Priority date: 1987-05-06
Filing date: 1987-05-06
Publication date: 1989-04-23

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени скорости вращени вала. Целью изобретени вл етс снижение погрешностей измерений за счет получени аналогового выходного сигнала и уменьшени вли ни вибраций. На вращающемс валу 4 закреплен источник магнитного пол 8, между полюсами установлено зеркало 7, выполненное из магнитом гкого материала. В центр зеркала 7 направл етс луч света от источника 1 света через пол ризатор 2. Отраженный от зеркала 7 свет регистрируетс фотоприемником 5, соединенным выходом с частотомером 6. При вращении вектора намагниченности в плоскости зеркала 7 на частоте вращени вала 4 и соединенного с ним источника магнитного пол 8 наблюдаетс эффект Керра, привод щий к модул ции интенсивности отраженного от зеркала света. При этом частота модул ции будет пропорциональна скорости вращени вала 4. 2 ил., 5 з.п.The invention relates to a measurement technique and can be used to measure the speed of rotation of a shaft. The aim of the invention is to reduce measurement errors by obtaining an analog output signal and reducing the influence of vibrations. A source of a magnetic field 8 is fixed on the rotating shaft 4, a mirror 7 mounted between the poles is made of a soft magnetic material. A beam of light from light source 1 is sent to the center of mirror 7 through a polarizer 2. The light reflected from mirror 7 is recorded by a photo-receiver 5 connected by an output to a frequency meter 6. When the magnetization vector rotates in the plane of mirror 7 at a frequency of rotation of shaft 4 and connected to it magnetic field 8, a Kerr effect is observed, leading to a modulation of the intensity of light reflected from the mirror. At the same time, the frequency of modulation will be proportional to the speed of rotation of the shaft 4. 2 Il, 5 Cp.

Description

расположенные источник 1 света, пол - J5 измерений,реализующих либо регистризатор 2, выполненное из ферромагнитного материала зеркало 3 и закрепленное на вращающемс валу 4, фотоприемник 5 и соединенный с ним частотомер 6. Зеркало 3 намагничено до насыщени параллельно его поверхности и выполнено из магнитотвердого материала.located light source 1, field - J5 measurements, realizing either recorder 2, mirror 3 made of ferromagnetic material and fixed on rotating shaft 4, photodetector 5 and frequency meter 6 connected to it. Mirror 3 is magnetized to saturation parallel to its surface and made of magnetically hard material .

Устройство (фиг. 2) содержит оптически св занные и последовательно расположенные источники 1 света, not л ризатор 2s неподвижное, выполненное из магнитном гкого материала зеркало 7, фотоприемник 5 и соединенный с ним частотомер 6. Источник 8 магнитного пол 8 закреплен на вращающемс валу 4.The device (Fig. 2) contains optically coupled and successively located sources of light 1, a not fixed 2s mirror made of magnetic soft material 7, a photodetector 5 and a frequency meter 6 connected to it. The source 8 of the magnetic field 8 is fixed on a rotating shaft 4 .

Между зеркалом 3(7) и фотоприемником 5 может быть установлен аналирацик ЭЭК при подавлении второй груп пы эффектов,, либо регистрацию МЭК при подавлении ЭЭК. Дл измерени ЭЭК достаточно одного входного пол 20 ризатора, установленного на р-ком- поненту. В этом случае МЭК и МИЭ наблюдатьс не будут.Between the mirror 3 (7) and the photodetector 5, an EEC analyzer can be installed when the second group of effects is suppressed, or the IEC is registered when EEC is suppressed. To measure the EEC, one input field of the 20 riser installed on the p-component is sufficient. In this case, IEC and MIE will not be observed.

В отличие от МЭК и МКЭ ЭЭК может быть измерен в непол ризованном све25 те.In contrast to the IEC and FEM, the EEC can be measured in unpolarized light.

Дл измерени МЭК помимо входного пол ризатора необходим дополнительный анализатор, установленный на пут отраженного луча. Чтобы исключить 30 вклад ЭЭК, достаточно ориентировать входной пол ризатор на S-компоненту. При этом регистрируемое изменение интенсивности прошедшего анализатор света будет максимальным, если аназат ор (не приведен). Источник 8 маг- 35 лизатор под углом к плоскостиIn addition to the input polarizer, an additional analyzer installed on the beam of the reflected beam is required to measure the IEC. To exclude the EEC contribution, it is sufficient to orient the input polarizer to the S component. In this case, the recorded change in the intensity of the transmitted light by the analyzer will be maximal if the anazate op (not shown). Source 8 mag- 35 lyzer at an angle to the plane

рацик ЭЭК при подавлении второй группы эффектов,, либо регистрацию МЭК при подавлении ЭЭК. Дл измерени ЭЭК достаточно одного входного пол ризатора , установленного на р-ком- поненту. В этом случае МЭК и МИЭ наблюдатьс не будут.razek EEK at suppression of the second group of effects, or registration of MEK at suppression of EEK. To measure the EEC, one input polarizer installed on the p-component is sufficient. In this case, IEC and MIE will not be observed.

В отличие от МЭК и МКЭ ЭЭК может быть измерен в непол ризованном свете .Unlike IEC and FEM, the EEC can be measured in non-polarized light.

Дл измерени МЭК помимо входного пол ризатора необходим дополнительный анализатор, установленный на пути отраженного луча. Чтобы исключить вклад ЭЭК, достаточно ориентировать входной пол ризатор на S-компоненту. При этом регистрируемое изменение интенсивности прошедшего анализатор света будет максимальным, если анаIn addition to the input polarizer, an additional analyzer installed on the path of the reflected beam is necessary for measuring the IEC. To exclude the EEC contribution, it suffices to orient the input polarizer to the S component. In this case, the recorded change in the intensity of the transmitted light will be maximized if

нитного пол может быть выполнен как источник посто нного магнитного пол или как источник Бракующегос магнитного пол а Угол падени света на зеркало 3(7) не равен 0 и 90°.The field can be made as a source of a constant magnetic field or as a source of a braking magnetic field. The angle of incidence of light on the mirror 3 (7) is not equal to 0 and 90 °.

При равномерном вращении вектора намагниченности в плоскости зеркала на частоте вращени наблюдаютс экваториальный эффект Керра (ЭЭК), меридиональный эффект Керра (МЭК) и меридиональный интенсивностный эффект (МИЭ), ЭЭК определ етс проекцией намагниченности, перпендикул рной плоскости падени света, и про вл етс в изменении амплитуды и фазы отраженной р-волны (при р-пол ризаци электрический вектор параллелен, при S-пол ризации - перпендикул рен плоскости падени ). МЭК пропорционален проекции намагниченности, параллельной плоскости падени света, и приводит к повороту плоскости пол ризации и по влению эллиптичности-в отраженном свете. МИЭ также опредепадени света. Если азимут анализатора близок к нулю (А«1), то это приведет к увеличению относительного изменени интенсивности света,With a uniform rotation of the magnetization vector in the plane of the mirror, the equatorial Kerr effect (EEC), the meridional Kerr effect (IEC) and the meridional intensity effect (MIE), EEC determined by the projection of the magnetization perpendicular to the plane of incidence of light, are observed at the rotation frequency changing the amplitude and phase of the reflected p-wave (with p-polarization, the electric vector is parallel, with S-polarization - perpendicular to the plane of incidence). IEC is proportional to the projection of the magnetization parallel to the plane of incidence of light, and leads to the rotation of the plane of polarization and the appearance of ellipticity in reflected light. MIE is also a light detection. If the analyzer azimuth is close to zero (A "1), this will lead to an increase in the relative change in the intensity of light,

вызванного керровским поворотомcaused by the Kerr turn

плоскости пол ризации, и, следовательно , отношени сигнал/шум. Но в этом случае возрастает погрешность изменений , обусловленна по влением квадратичного по намагниченности изменени интенсивности.polarization plane, and, therefore, signal-to-noise ratio. But in this case, the error of changes increases due to the appearance of a change in intensity that is quadratic in magnetization.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Узкий высокопараллельный световойNarrow highly parallel light

пучок от источника 1 (фиг. 1) проходит через пол ризатор 2, ось пропускани которого ориентирована параллельно плоскости падени света, и падант, например, под углом 10 - 80the beam from the source 1 (Fig. 1) passes through the polarizer 2, the transmission axis of which is oriented parallel to the plane of incidence of light, and the padant, for example, at an angle of 10 - 80

на центральную часть поверхности намагниченного зеркала 3, закрепленного на вращающемс валу 4. Отраженьый от зеркала луч попадает на фотоприем- ник 5, В цепи фотоприемника вследствне ЭЭК возникает переменна составл юща , частота которой равна искомой скорости вращени вала и измер етс частотомером 6. При этом шероховатость микротрещины, загр знени поверхности зеркала, а также биени оси вращени вала и диафрагмирование светового пучка зеркалом привод т к паразитной модул ции интенсивности отраженного от вращающегос зеркала света, и, следовательно, фототока. Чтобы их исключить, в устройстве, представленном на фиг. 2, используетс неподвижное относительно светового пучка зеркало 7, выполненное из магнитном гкого ферромагнетика, которое намагничиваетс до насыщени источником 8 магнитного пол , закрепленным на вращающемс валу.on the central part of the surface of the magnetized mirror 3 mounted on the rotating shaft 4. The beam reflected from the mirror hits the photoreceiver 5. A variable component arises in the photoreceiver circuit, the frequency of which is equal to the desired speed of rotation of the shaft and is measured by a frequency meter 6. the roughness of the microcrack, contamination of the mirror surface, as well as the beating of the axis of rotation of the shaft and the diaphragm of the light beam by the mirror lead to parasitic modulation of the intensity of light reflected from the rotating mirror that, and, therefore, a photocurrent. To exclude them, in the device shown in FIG. 2, a mirror 7 fixed with respect to the light beam is used, made of a magnetic soft ferromagnet, which is magnetized to saturation by the source 8 of a magnetic field fixed on a rotating shaft.

Дл определени вращени в рассмотренном устройстве на валу закрепл етс источник вращающегос магнитного пол , например, две взаимно перпендикул рные катушки Гельмгольца в которых амплитудные значени напр женности синусоидального пол устанавливаютс равными, а относительный сдвиг фазы - равным F/2. В качестве источника вращаклцегос магнитного пол может быть использован также, например, дополнительный электродвигатель, на валу которого установлен источник посто нного пол Если установить частоту f H вращени вектора магнитного пол относительно вала больше частоты fx вращени вала,то согласно правилу сложени скоростей вектор пол , а следовательно , и вектор намагниченности зеркала будут вращатьс относительно неподвижной системы координат, св занной со световым пучком с частотой f fH + fx, если направлени вращени вектора пол и вала совпадают, и с частотой f f н f x если они вращаютс в противоположных направлени х . Регистрируют частоту f изменени интенсивности отраженного от зеркала света и, поскольку частота f ц и направление вращени пол считаютс известными, определ ют частоту fx и направление вращени вала по величине и знаку разности частот ДЈ f - f H .To determine the rotation in the device under consideration, a source of a rotating magnetic field is fixed on the shaft, for example, two mutually perpendicular Helmholtz coils in which the amplitude values of the sinusoidal field strength are set equal and the relative phase shift is equal to F / 2. As a source of rotating magnetic field, an additional electric motor can also be used, for example, on the shaft of which a constant field source is installed. If you set the frequency f H of the magnetic field vector relative to the shaft more than the frequency fx of the shaft, then the field vector consequently, the magnetization vector of the mirror will rotate relative to a fixed coordinate system associated with the light beam with a frequency f fH + fx, if the directions of rotation of the field vector and the shaft coincide, and a frequency f f f x n if they rotate in opposite directions. The frequency f of the intensity of the light reflected from the mirror is recorded and, since the frequency f c and the direction of rotation of the field are considered known, the frequency fx and the direction of rotation of the shaft are determined from the magnitude and sign of the frequency difference Ј f - f H.

В устройстве освещаетс центральна часть зеркала, т.е. фокусируетс в точке пересечени оси вращени вала с плоскостью зеркала. Так какThe device illuminates the central part of the mirror, i.e. focuses at the point of intersection of the axis of rotation of the shaft with the plane of the mirror. Because

00

световой пучок может быть сфокуси- рован до размеров пор дка 1 мкм, то и зеркало может иметь такие размеры. Таким образом, используемый дл измерени скорости вращени датчик - ферромагнитное зеркало, например, тонка пленка ферромагнитного металла , напыленна на стекл нную подложку , характеризуетс малыми размерами и массой. Следовательно, установка датчика не нарушает балансировку вала . Кроме того, датчик может быть изготовлен путем напылени непосредственно на торцовую часть вала. В этом случае собственно датчик, например , размером мкм- , имеет массу -10 г.Since the light beam can be focused to sizes of the order of 1 μm, the mirror can also have such dimensions. Thus, the sensor used to measure the rotational speed — a ferromagnetic mirror, for example, a thin film of a ferromagnetic metal deposited on a glass substrate, is characterized by small dimensions and mass. Therefore, installing the sensor does not disturb the shaft balancing. In addition, the sensor can be made by spraying directly onto the end of the shaft. In this case, the actual sensor, for example, the size of microns, has a mass of -10 g.

Наконец, на выходе устройства получаетс аналоговый выходной сигнал , что позвол ет измер ть скорость вращени вала внутри оборота с повышенной точностью.Finally, an analog output signal is obtained at the output of the device, which makes it possible to measure the rotational speed of the shaft within the revolution with increased accuracy.

Claims

25 claims

one . A device for measuring the rotational speed, comprising an optically matched light source, a mirror associated with the rotating shaft, and a photodetector and a recording unit connected to the output of the photodetector, characterized in that, in order to reduce the measurement error by reducing the effect of vibrations , a polarizer is installed in it, installed in the path of the light beam between the light source and the mirror, and the mirror is made of a ferromagnetic material magnetized to saturate its surface, while the angle of incidence is light on the mirror is given by inequality.

2. The device according to claim 1, of which the order is, an analyzer inserted between the mirror and the photoreceiver is inserted.

3. The device according to claim 1, about tl and which is so that the mirror is made of a hard magnetic material and is fixed on a rotating shaft.

4. The device according to p. 1, O T L and 0

five

0

five

0

a magnetizing system is inserted, fixed on a rotating shaft, and the mirror is made of a magnetic soft material and installed between the poles of the magnetizing system fixedly relative to the optical axis.

5. The device according to PP. 1 and 4, characterized in that the magnetizing system is made in the form of a constant magnetic field source.

0I

one

6. The device according to PP. 1 and 4, which means that the magnetizing system is designed as a source of a rotating magnetic field.

01 ". /