RU1803728C - Устройство дл измерени угловых и линейных перемещений вращающегос объекта - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерению линейных и угловых перемещений и предназначено дл  регистрации осевых и радиальных смещений, а также углового ускорени  вращающихс  объектов. Цель изобретени  - повышение точности, надёжности и чувствительности измерени . Устройство содержит излучатель 1, оптически св занный с передающим блоком 2 в виде оптически соединенных двухкомпонент- ной телескопической системы 3 с элемен-. тами4 и 5, первого объектива 6, соетовода 7, второго объектива 8, пр моугольной диафрагмы 9 и марки 10, оптически св занной с приемными блоками, каждый из которых содержит оптически св занные диаграмму 12, первый объектив 13, световод 14, второй объектив 15, приемник излучени  16, светоделительный элемент 17, усилитель 20, анализатор 21 и блок 22 регистрации . 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к области измерени  линейных и угловых перемещений и предназначено дл  регистрации осевых и радиальных смещений, а также углового ускорени  вращающихс  объектов.

Целью насто щего изобретени   вл етс  повышение точности, надежности и чувствительности измерений.

Сущность решени  по сн етс  чертежом , где приведена принципиальна  схема устройства.

Устройство состоит из излучател  1, оптически соединенного с передающим блоком 2, содержащим оптически соединенные телескопическую систему 3, котора  включает длиннофокусный элемент 4 и короткофокусный элемент 5, обращенный к излучателю 1, объектив 6. световод 7, объектив 8 и пр моугольную диафрагму 9, маркой 10 и приемными блоками 11, каждый из которых содержит оптически св занные пр моугольную диафрагму 12,объектив 13, световод 14, второй объектив 15, преемник излучени  16, светоделительного элемента 17, установленного между элементами телескопической системы 3, последовательно оптически соединенного с объективом 18 и приемником излучени  19, а также трехканального усилител  20, электрически последовательно св занного с трехканальным анализатором 21 и блоком регистрации 22, причем выходы приемников излучени  16и 19 электрически св заны с входами трехканального усилител  20, марка 10 выполнена с двум  отражающими гран ми, расположенными друг относительно друга под тупым углом, размер пр моугольной диафрагмы, параллельный ребру при тупом угле марки, равен размеру марки, а в перпендикул рном направлении превышает размер марки, диафрагмы в приемных блоках 11 выполнены пр моугольными, ребра диафрагм расположены параллельно ребрам марки, а размеры равны размерам одной отражающей грани.

Устройство работает следующим образом .

Излучение от излучател  1 последовательно проходит через телескопическую систему 3, установленную в передающем блоке 2 дл  уменьшени  угла расходимости излучени , между элементами 4 и 5 которого установлен светоделительный элемент 17, осуществл ющий отклонение части излучени  от излучател  1 через объектив 18 на чувствительную площадку приемника излучени  19, вырабатывающего электрический сигнал, пропорциональный изменению мощности излучени , выход щего из излучател  1, который поступает на вход трехканального усилител  20 и затем обрабатываетс  в трехканальном анализаторе 21, через обьектив 6, световод 7, объектив 8 и пр моугольную диафрагму 9 поступает на марку 10, выполненную с двум  отражающими гран ми, которые наход тс  под тупым углом друг к другу и осуществл ют пространственное разделение падающего пучка света из два идентичных пучка,каждый из

которых поступает через пр моугольную диафрагму 12, объектив 13, световод 14, второй объектив 15 приемного блока 11 на приемник излучени  16, электрически последовательно св занный с трехканальным

усилителем 20, трехканальным анализатором 21 и блоком регистрации 22. При вращении диагностируемого объекта марки 10 совершает круговое циклическое движение, в результате чего прерываемый оптический

поток, поступающий из передающего блока 2, в момент пересечени  марки 10 раздел етс  на два измерительных потока, отража сь от зеркальных граней марки, и поступает на входы приемных блоков 11, в

которых происходит регистраци  интенсивности световых потоков. Временные интервалы между фронтами приход щих на трехканальный анализатор электрических импульсов, соответствующих пересечению

0 оптического потока маркой 10, характеризуют скорость вращени  объекта диагностики, а также угловое ускорение.

Осевые смещени  вращающегос  объекта привод т к смещению ребра, образо5 ванного двум  отражающими гран ми марки 10, из центра опорного пучка света, что соответствует разбалансировке отражаемых маркой измерительных потоков света в двух принимающих блоках и изменению

0 амплитуды электрических импульсов, поступающих с выходов приемников излучени  16, усиливаемых в усилителе 20 и обрабатываемых в трехканальном анализаторе 21, где происходит сравнение амплитуды при5 шедших импульсов и вычисление величины осевого смещени .

Радиальные смещени  вращающегос  объекта регистрируютс  по изменению амплитуды электрических сигналов, снимае0 мых с приемников излучени , имеющих один знак, так как прогибные движени  объекта вращени  привод т к смещени м марки в момент пересечени  ею опорного пучка параллельно ребру, образованному отража5 ющими гран ми, и не привод т к изменению разности сечений оптических пучков, отра- - женных маркой.

Таким образом, в трехканальном анали- , заторе 21 электрические сигналы, поступающие с выхода усилител  20, электрически

св занного с приемниками излучени  16, по величине временных интервалов между фронтами импульсов, разности амплитуд сигналов в двух информационных каналах, образованных приемными блоками 11 и усилителем 20, суммарной амплитуде приход щих сигналов, а также с учетом вариаций амплитуды электрического сигнала, снимаемого с выхода приемника излучени  19, несущего информацию об изменении мощности излучател  1, позвол ют осуществл ть вычисление угловых и линейных перемещений вращающегос  объекта.

Примером оптимального выполнени  устройства  вл етс  случай, когда отражающие грани марки имеют небольшие размеры сторон а, Ь, а источником излучени   вл етс  лазер. Тогда при осевом смещении объекта Д X на чувствительной площадке приемника излучени  освещенность изменитс  на величину

АЕ

ЕАХ

2а2ь

что при мощности лазерного излучател  50 мВт, а b 5 мм, А X 1 мкм и малых оптических потер х дл  фотодиода ФД256 будет соответствовать величине тока А 0 А, превышающей величину темнового тока на несколько пор дков. Радиальные смещени  типа прогибных колебаний с амплитудой A Y 1 мкм вызовут изменение суммарной величины тока в информационных каналах на Alp А. Угловые смещени  объекта, соответствующие изменению скорости вращени  объекта при f Т кГц и временном разрешении ФД256 с, можно регистрировать на уровне A f 0,5x10 -6f.

Эффективность предлагаемого устройства по сравнению с известными устройствами обеспечиваетс  значительным повышением надежности, котора  становитс  возможной благодар  использованию световодов, что позвол ет выводить основную часть аппаратуры из рабочей зоны объекта диагностики и сводить уровень помех до лабораторных. Это также сказываетс  на увеличении точности предлагаемого устройства . Кроме того, повышение точности по сраанению с известными устройствами св зано с независимостью съема информации по величинам АХ, АУ и Ао, что позвол ет с большей чувствительностью проводить измерени  по прогибу вала и измерению частоты вращени  одновременно . Значительное увеличение чувствительности предлагаемого устройства обеспечиваетс  квадратичной схемой измерений , в которой снимаемый сигнал обратно пропорционален изменению площади

Claims (1)

1. пр моугольной диафрагмы, освещаемой плоскопараллельным пучком излучени , отраженным одной из граней марки. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  угловых и линейных перемещений вращающегос  объекта , содержащее излучатель и оптически св занные двухкомпонентную телескопическую систему, светоделительный элемент оптически св занный с объективом, два последовательно расположенных объектива и пр моугольную диафрагму, и марку, предназначенную дл  скреплени  с объектом, образующие передающий блок, и первый приемный блок, электрически св занный с

   системой регистрации, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, надежности и чувствительности измерени , оно снабжено вторым приемным блоком, выполненным аналогично первому в виде

   оптических св занных пр моугольной диафрагмы , объектива, световода, второго объектива и приемника излучени , марка выполнена с двум  отражающими гран ми, расположенными под тупым углом один относительно другой и относительно оптической оси, и оптически св зана с приемными блоками размер диафрагмы, параллельной ребру при тупом угле, равен размеру марки, светоделительный элемент установлен между компонентами телескопической системы, система регистрации выполнена в виде трехканального усилител , каждый из входов которого электрически св зан с соответствующим выходом приемников излучени 

   передающего и приемных блоков, трехканального анализатора, каждый из входов которого злектрически св зан с соответствующим выходом усилител , и блока регистрации , вход которого электрически св зан с

   выходом анализатора, а устройство снабжено световодами, расположенными между двум  объективами передающего и приемных блоков.