RU17219U1

RU17219U1 - ACOUSTOPTIC DEVICE FOR MEASURING MOVEMENTS

Info

Publication number: RU17219U1
Application number: RU2000121481/20U
Authority: RU
Inventors: М.А. Ураксеев; К.В. Важдаев
Original assignee: Уфимский государственный авиационный технический университет
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2000-08-18
Publication date: 2001-03-20

Abstract

Акустооптическое устройство для измерения перемещений, содержащее первый источник когерентного излучения света, первый акустооптический преобразователь, связанный с объектом, первый фотоприемник, образующие первый оптический канал усилитель, интегратор, генератор сигналов, отображающее устройство, отличающееся тем, что устройство снабжено вторым оптическим каналом, который содержит второй источник когерентного излучения света, второй акустооптический преобразователь, связанный с объектом, второй фотоприемник, а также управляющий генератор, первый и второй управляемые коммутаторы, усредняющее устройство, причем выходы первого и второго фотоприемников подключены, соответственно, к первому и второму входу первого коммутатора, выход которого соединен с входом усилителя, выход которого соединен с одним из входов интегратора, а генератор сигналов соединен с входами первого и второго акустооптических преобразователей и вторым входом интегратора, а выход управляющего генератора соединен с управляющими входами первого и второго коммутаторов, причем вход второго коммутатора подключен к выходу интегратора, а его выходы соединены с входами усредняющего устройства, выход которого соединен с входом отображающего устройства.An acousto-optical device for measuring displacements, comprising a first source of coherent light emission, a first acousto-optic transducer associated with an object, a first photodetector, an amplifier, an integrator, a signal generator forming a first optical channel, a display device, characterized in that the device is equipped with a second optical channel, which contains a second source of coherent light emission, a second acousto-optic transducer associated with the object, a second photodetector, as well as a control a generator, first and second controlled switches, an averaging device, the outputs of the first and second photodetectors connected, respectively, to the first and second input of the first switch, the output of which is connected to the input of the amplifier, the output of which is connected to one of the inputs of the integrator, and the signal generator is connected to the inputs of the first and second acousto-optical transducers and the second input of the integrator, and the output of the control generator is connected to the control inputs of the first and second switches, and the input of the second comm Tatorey connected to the output of the integrator, and its outputs connected to inputs of the averaging unit, whose output is connected to the input of the display device.

Description

Акустооптическое устройство для измерения иеремещенийAcousto-optical device for measuring and displacements

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использована для измерения линейных перемещений объектов в точном машиностроении, инженерной геодезии и других отраслях науки и техники.The utility model relates to the field of instrumentation and can be used to measure the linear movements of objects in precision engineering, engineering geodesy and other branches of science and technology.

Известно устройство для измерения перемещений объекта, содержащее источник излучения (А.С. № 1601515 МКИ G 01 В 21/00 Бюл. № 39), установленные по ходу излучения формирователь опорного пучка, акустооптическую ячейку, связанную с объектом, и расположенную под углом Брэгга к оптической оси формирователя, объектив и приемник излучения, располагаемый в зоне дифракционного луча, блок обработки сигнала, выполненный в виде последовательно соединенных генератора опорного сигнала и генератора несущей частоты, выход которого соединен с электрическим входом акустооптической ячейки, и элемента измерения временных интервалов, первый вход которого соединен с выходом генератора опорного сигнала, а выход является выходом устройства. Это устройство снабжено вторым приемником излучения, установленным в зоне нулевого порядка дифракции, и вычитающим элементом, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго приемников, а выход соединен со вторым входом элемента измерения временных интервалов.A device is known for measuring the displacements of an object, containing a radiation source (AS No. 1601515 MKI G 01 B 21/00 Bull. No. 39), a reference beam former, an acousto-optic cell associated with the object, and located at a Bragg angle to the optical axis of the shaper, a lens and a radiation receiver located in the area of the diffraction beam, a signal processing unit, made in the form of series-connected reference signal generator and carrier frequency generator, the output of which is connected to an electrical input ohm of an acousto-optical cell, and a time interval measuring element, the first input of which is connected to the output of the reference signal generator, and the output is the output of the device. This device is equipped with a second radiation receiver installed in the zone of zero diffraction order and a subtractive element, the inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second receivers, and the output is connected to the second input of the time interval measurement element.

Недостатком данной конструкции является то, что устройство имеет низкую помехозащищенность, и как следствие этого недостаточнуюThe disadvantage of this design is that the device has a low noise immunity, and as a consequence, insufficient

точность измерения перемещений контролируемого объекта.accuracy of measuring the movements of the controlled object.

Известно устройство для измерения смещений (А.С. № 1580166 МКИ G 01 В 21/00 Бюл. № 27), содержащее оптически связанные источник светового пучка, акустооптическую ячейку и фотоприемник, генератор несущих колебаний, выход которого подключен ко входу акустооптической ячейки, генератор опорных колебаний, выход которого подключен к модуляционному входу генератора несущих колебаний, фазометр, входы которого подключены к выходам фотоприемника и генератора опорных колебаний соответственно, и регистрирующий блок, вход которого подключен к выходу фазометра, блок сравнения фаз, входы которого подключены к выходам фотоприемника и генератора опорных колебаний соответственно, счетчик, вход которого подключен к выходу блока сравнения фаз, а генератор опорных колебаний выполнен перестраиваемым. Это устройство содержит генератор опорных колебаний выполненный в виде свип-генератора, счетчик выполнен с входом сброса, подключенным к выходу синхроимпульсов начала изменения частоты свип-генератора, а регистрирующий блок выполнен с входом команды записи, подключенным к выходу синхроимпульсов конца изменения частоты свип-генератора.A device for measuring displacements (AS No. 1580166 MKI G 01 B 21/00 Bull. No. 27), containing optically coupled light source, an acousto-optic cell and a photodetector, a carrier oscillator, the output of which is connected to the input of the acousto-optic cell, generator reference oscillations, the output of which is connected to the modulation input of the carrier oscillation generator, a phase meter, the inputs of which are connected to the outputs of the photodetector and the reference oscillation generator, respectively, and a recording unit, the input of which is connected to the phase output tra, phase comparison unit, the inputs of which are connected to the outputs of the photodetector and the reference oscillation generator, respectively, a counter whose input is connected to the output of the phase comparison unit, and the reference oscillation generator is tunable. This device contains a reference oscillation generator made in the form of a sweep generator, the counter is made with a reset input connected to the output of the clock pulses of the start of the sweep generator frequency change, and the recording unit is made with the write command input connected to the output of the clock pulses connected to the output of the clock pulses of the end of the sweep generator frequency change.

Недостатком данной конструкции является то, что устройство не повыщает точность измерения, а всего лишь расширяет диапазон измерений. К тому же свип-генератор по сравнению с обычным генератором более сложное устройство в изготовлении и более дорогостоящее.The disadvantage of this design is that the device does not increase the accuracy of the measurement, but merely expands the measurement range. In addition, a sweep generator is more complicated to manufacture and more expensive than a conventional generator.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является (Патент Японии 4-44212. // РЖ Изобретения стран мира. Вып. 082. 1994, №6.) - оптическийThe closest in technical essence and the achieved result to the claimed is (Japanese Patent 4-44212. // RZH Inventions of the world. Issue 082. 1994, No. 6.) - optical

преобразователь смещения с высокой разрешающей способностью объекта, содержащий источник когерентного излучения света, акустооптический преобразователь, на котором происходит дифракция света от источника; генератор сигналов, возбуждающий ультразвуковые волны в акустооптическом преобразователе; фотоприемник, регистрирующий интерференционную картину, полученную при интерференции дифрагированного света различных порядков; усилитель, интегратор, интегрирующий разность частот выходных сигналов фотоприемника и генератора сигналов.a high-resolution displacement transducer of an object, comprising a coherent light emission source, an acousto-optic transducer at which light diffraction from the source occurs; a signal generator that excites ultrasonic waves in an acousto-optical transducer; a photodetector recording the interference pattern obtained by interference of diffracted light of various orders; amplifier, integrator, integrating the frequency difference of the output signals of the photodetector and signal generator.

Недостатком данной конструкции является то, что данный преобразователь смещения имеет недостаточную надежность и низкую помехозащищенность к воздействию случайных помех.The disadvantage of this design is that this bias converter has insufficient reliability and low noise immunity to the effects of random interference.

Задачей полезной модели является повышение точности измерения линейных перемещений объекта, а также увеличение надежности устройства.The objective of the utility model is to increase the accuracy of measuring linear displacements of the object, as well as to increase the reliability of the device.

Поставленная задача решается акустооптическим устройством, которое содержит первый источник когерентного излучения света , первый акустооптический преобразователь, связанный с объектом, первый фотоприемник образующие первый оптический канал , усилитель, интегратор, генератор сигналов, отображающее устройство. В отличие от прототипа, устройство снабжено вторым оптическим каналом, который содержит второй источник когерентного излучения света , второй акустооптический преобразователь, связанный с объектом, второй фотоприемник, а также управляющий генератор, первый и второй управляемые коммутаторы, усредняющее устройство, причем выходы первого и второго фотоприемников подключены соответственно к первому и второму входу первого коммутатора, выход которого соединен со входомThe problem is solved by an acousto-optical device, which contains a first source of coherent light emission, a first acousto-optic converter connected to an object, a first photodetector forming a first optical channel, an amplifier, an integrator, a signal generator, a display device. Unlike the prototype, the device is equipped with a second optical channel, which contains a second source of coherent light emission, a second acousto-optic transducer associated with the object, a second photodetector, and a control generator, the first and second controlled switches, an averaging device, the outputs of the first and second photodetectors connected respectively to the first and second input of the first switch, the output of which is connected to the input

усилителя, выход которого соединен с одним из входов интегратора, а генератор сигналов соединен со входами нервого и второго акустооптических преобразователей и вторым входом интегратора, а выход управляющего генератора соединен с управляющими входами первого и второго коммутаторов, причем вход второго коммутатора подключен к выходу интегратора, а его выходы соединены со входами усредняющего устройства, выход которого соединен со входом отображающего устройства.an amplifier, the output of which is connected to one of the inputs of the integrator, and the signal generator is connected to the inputs of the nerve and second acousto-optic transducers and the second input of the integrator, and the output of the control generator is connected to the control inputs of the first and second switches, and the input of the second switch is connected to the output of the integrator, and its outputs are connected to the inputs of the averaging device, the output of which is connected to the input of the display device.

Существо полезной модели поясняется чертежом, на котором изображено акустооптическое устройство для измерения перемещений.The essence of the utility model is illustrated in the drawing, which shows an acousto-optical device for measuring displacement.

Устройство содержит два оптических одинаковых канала состоящих из первого и второго источников когерентного излучения света 1 и 2, первого и второго акустооптических преобразователей 3 и 4, связанных с объектом (не показан), первого и второго фотоприемников 5 и 6. Выходы первого и второго фотоприемников подключены к входу первого коммутатора 7, усилитель 8, вход которого подключен к выходу первого коммутатора 7, а выход соединен с одним из входов интегратора 9, генератор сигналов 10 соединенного со входами первого и второго акустооптических преобразователей 3 и 4 и вторым входом интегратора 9, управляющий генератор 11, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго коммутаторов 7 и 12, второй коммутатор 12, вход которого подключен к выходу интегратора 9, а выходы к усредняющему устройству 13 и отображающего устройства 14 соединенного с выходом усредняющего устройства.The device contains two identical optical channels consisting of the first and second sources of coherent radiation of light 1 and 2, the first and second acousto-optical converters 3 and 4, connected with an object (not shown), the first and second photodetectors 5 and 6. The outputs of the first and second photodetectors are connected to the input of the first switch 7, an amplifier 8, the input of which is connected to the output of the first switch 7, and the output is connected to one of the inputs of the integrator 9, a signal generator 10 connected to the inputs of the first and second acousto-optical pre educators 3 and 4 and the second input of the integrator 9, the control generator 11, the output of which is connected to the control inputs of the first and second switches 7 and 12, the second switch 12, the input of which is connected to the output of the integrator 9, and the outputs to the averaging device 13 and the display device 14 connected to the output of the averaging device.

Устройство работает следующим образом. Пучки света от первого и второго когерентных источников света 1 и 2 падают под углом Брэгга на первый и второй акустооптические преобразователи 3 и 4 к фронтуThe device operates as follows. The light beams from the first and second coherent light sources 1 and 2 fall at a Bragg angle on the first and second acousto-optical converters 3 and 4 to the front

акустической волны соответственно, создаваемых в акустооптических преобразователях 3 и 4 в результате преобразования в них высокочастотного сигнала генератором 10. Одновременно этот же сигнал поступает на интегратор 9. В акустооптических преобразователях световые пучки в результате акустооптического взаимодействия претерпевают дифракцию. Продифрагировшая часть пучков от первого и второго акустооптических преобразователей 3 и 4 попадает на фотоприемники 5 и 6 излучения соответственно, с выхода которых сигнал поступает на вход первого коммутатора 7, управляемый генератором 11. Генератор 11 управляет работой коммутатора 7 следующим образом: с выхода генератора на управляющий вход коммутатора непрерывно поступают синусоидальные сигналы. При положительной полуволне этих импульсов будет создаваться возможность для прохождения через коммутатор и далее по цепи обработки про дифрагировавшей части пучка с фотоприемника 5. А при отрицательной же полуволне - с фотоприемника 6. С выхода первого коммутатора сигнал поступает на второй коммутатор 12, предварительно усиленный усилителем 8 и пройдя интегратор 9, интегрирующий разность частот фотоприемника 5 (6) и генератора 10. При положительной полуволне с выхода интегратора 9 сигнал пропорциональный смещению первого акустооптического преобразователя 3 и фотоприемника 5 через второй коммутатор 12, управляемый генератором 11 (аналогично первому коммутатору 7), заносится на первый вход усредняющего устройства 13. А при отрицательной полуволне с выхода того же интегратора 9 сигнал пропорциональный смещению второго акустооптического преобразователя 4 и фотоприемника 6 - поступает на второй вход усредняющего устройства. Таким образом, после двух переключений первого и второго коммутаторов 7 и 12 по положительной и отрицательной полуволнах на усредняющемacoustic waves, respectively, generated in the acousto-optic transducers 3 and 4 as a result of the conversion of a high-frequency signal into them by the generator 10. At the same time, the same signal is sent to the integrator 9. In acousto-optic transducers, light beams undergo diffraction as a result of the acousto-optic interaction. The diffracted part of the beams from the first and second acousto-optical converters 3 and 4 falls on the photodetectors 5 and 6 of the radiation, respectively, from the output of which the signal goes to the input of the first switch 7, controlled by the generator 11. The generator 11 controls the operation of the switch 7 as follows: from the output of the generator to the control the input of the switch continuously receives sinusoidal signals. With a positive half-wave of these pulses, an opportunity will be created for passing through the switch and further along the processing chain of the diffracted part of the beam from the photodetector 5. And with a negative half-wave, from the photodetector 6. From the output of the first switch, the signal goes to the second switch 12, previously amplified by the amplifier 8 and having passed the integrator 9, integrating the frequency difference between the photodetector 5 (6) and the generator 10. With a positive half-wave from the output of the integrator 9, the signal is proportional to the displacement of the first acousto-optical the transducer 3 and the photodetector 5 through the second switch 12, controlled by the generator 11 (similar to the first switch 7), is entered on the first input of the averaging device 13. And with a negative half-wave from the output of the same integrator 9, the signal is proportional to the offset of the second acousto-optical transducer 4 and the photodetector 6 - comes to the second input of the averaging device. Thus, after two switchings of the first and second switches 7 and 12 along the positive and negative half-waves on the averaging

устройстве оказываются два сигнала, принятые фотоприемниками 5 и 6. Затем среднее значение этих двух сигналов с его выхода заносится в отображающее устройство.the device turns out to be two signals received by photodetectors 5 and 6. Then, the average value of these two signals from its output is entered into the display device.

Итак, заявляемая полезная модель благодаря введению дополнительного оптического канала, управляющего генератора, первого и второго управляемого коммутаторов и усредняющего устройства позволяет повысить точность измерений и увеличить надежность устройства.So, the claimed utility model due to the introduction of an additional optical channel, a control generator, the first and second managed switches and an averaging device can improve the accuracy of measurements and increase the reliability of the device.

Claims

An acousto-optical device for measuring displacements, comprising a first source of coherent light emission, a first acousto-optic transducer associated with an object, a first photodetector, an amplifier, an integrator, a signal generator forming a first optical channel, a display device, characterized in that the device is equipped with a second optical channel, which contains a second source of coherent light emission, a second acousto-optic transducer associated with the object, a second photodetector, as well as a control a generator, first and second controlled switches, an averaging device, the outputs of the first and second photodetectors connected, respectively, to the first and second input of the first switch, the output of which is connected to the input of the amplifier, the output of which is connected to one of the inputs of the integrator, and the signal generator is connected to the inputs of the first and second acousto-optical transducers and the second input of the integrator, and the output of the control generator is connected to the control inputs of the first and second switches, and the input of the second comm Tatorey connected to the output of the integrator, and its outputs connected to inputs of the averaging unit, whose output is connected to the input of the display device.