SU1097896A1

SU1097896A1 - Method and device for measuring displacements

Info

Publication number: SU1097896A1
Application number: SU813337752A
Authority: SU
Inventors: Григорий Яковлевич Кивензор
Original assignee: Украинский Научно-Исследовательский Институт Станков И Инструментов
Priority date: 1981-09-15
Filing date: 1981-09-15
Publication date: 1984-06-15

Abstract

1. Способ измерени перемещений, заключающийс в модул ции светового пучка, направл емого на контролируемый объект, получении двух синфазных переменных сигналов, по изменению с противоположными знаками амплитуд которых определ ют перемещение, о тличающийс тем, что, с целью повышени помехоустойчивости, модулируют первый и второй переменные сигналы соответственно синусоидальным и косинусоидальным сигналами, частота которых равна частоте модул ции светового пучка, выдел ют низкочастотную составл ющую из разности полученных сигналов, по уровню которой определ ют величину перемещени .1. A method of measuring displacements, which consists in modulating a light beam directed at a controlled object, obtaining two in-phase alternating signals, according to the change in the opposite signs of the amplitudes of which the displacement is characterized by the fact that, in order to improve noise immunity, the first and the second variable signals, respectively, sine and cosine signals, whose frequency is equal to the modulation frequency of the light beam, extract the low frequency component from the difference obtained from Signals, the level of which determines the amount of movement.

Description

О ABOUT

0000

соwith

О)ABOUT)

2. Устройство дл измерени перемещений , содержащее источник света и модул тор, св занный с ним, и установленные по ходу светового пучка оптическую систему, св зываемую с контролируемым объектом, и сдвоенные фотоприемники, генератор синусоидального напр жени , соединенный с модул тором , отличающеес тем, что, с целью повышени помехоустойчивости , оно снабжено фильтром нижних частот, генератор сннусоидал1 ных напр жений выполнен квадра1урным, фотоприемники соединены последовательно , выход первого фотоприемника, соединенный с входом второго, подключен к фильтру нижних частот, вход первого фотоприемника и выход второго соединены с соответствующими выходами генератора синусоидального напр жени , а выход фильтра нижних частот вл етс выходом устройства.2. An apparatus for measuring displacements, comprising a light source and a modulator associated with it, and an optical system connected with the object under test and a dual photodetector, a sinusoidal voltage generator connected to a modulator, connected to the object being monitored that, in order to improve noise immunity, it is equipped with a low-pass filter, the generator of snusoidal voltages is made quadrature, the photodetectors are connected in series, the output of the first photodetector connected to the input The second is connected to a low-pass filter, the input of the first photodetector and the output of the second is connected to the corresponding outputs of the sinusoidal voltage generator, and the output of the low-pass filter is the output of the device.

1one

Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике и может быть использовано дл измерени как линейных, так и угловых перемещений, в частности, в станкостроении дл измерени перемещений рабочих органов The invention relates to an instrumentation technique and can be used to measure both linear and angular movements, in particular, in the machine tool industry for measuring the movements of working bodies.

станка.machine tool.

Известен способ измерени перемещений , заключающийс в модул ции светового пучка, направл емого на контролируемый объект, получении двух синфазных переменных сигналов, по изменению с противоположными знаками амплитуд которых определ ют перемещение 1 .A known method for measuring displacements, which consists in modulating a light beam directed at a controlled object, produces two in-phase alternating signals whose displacement with opposite signs of amplitudes determines movement 1.

Дл уменьшени вли ни температуры и фоновой засветки, на точность измерений в известном способе предусмотрены вычислительные операции над выходными сигналами фотоприемни.ков, что существенно повьппает сложность проведений измерений и снижает достоверность полученных результатов,In order to reduce the effect of temperature and background illumination, computational operations on the output signals of photodetectors are provided for in the known method, which significantly increases the complexity of the measurements and reduces the reliability of the results,

Известно устройство дл измерени перемещений, содержащее источник свет и модул тор, св занный с ним, и установленные по ходу светового пучка оптическую систему, св зываемую с контролируемым объектом, и сдвоенные фотоприемники, генератор синусоидального напр жени , соединенный с модул тором 1 .A device for measuring displacements is known, comprising a source of light and a modulator associated with it, and an optical system connected with the object under control and a dual photodetector, a sinusoidal voltage generator connected to the modulator 1, mounted along the light beam.

Наличие модул тора интенсивности светового потока несколько повышает помехоустойчивость устройства, однако недостаточно ввиду вли ни случайных флуктуации мощности излучател и посторонней засветки.The presence of a light intensity modulator slightly increases the noise immunity of the device, but it is not enough due to the effect of random fluctuations in the power of the radiator and ambient light.

Недостатком известных способа и устройства вл етс невысока The disadvantage of the known method and device is low.

помехоустойчивость и достоверность измерений.noise immunity and accuracy of measurements.

Цель изобретени - повышение помехоустойчивости .The purpose of the invention is to improve noise immunity.

Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу измерений перемещений , заключающемус в модул ции светового пучка, направл емого на контролируемый объект, получении двух синфазных переменных сигналов, по изменению с противоположными знаками амплитуд которых определ ют перемещение , модулируют первый и второй переменные сигналы соответственно синусоидальным и косинусоидальным сигналами , частота которых равна частоте модул ции светового пучка, выдел ют низкочастотную составл ющую из разности полученных сигналов, по уровню которой определ ют величину перемещени .This goal is achieved by the fact that, according to the method of measuring displacements, consisting in modulating a light beam directed at a controlled object, receiving two in-phase alternating signals, the first and second variable signals, respectively, are sinusoidal and cosine signals, the frequency of which is equal to the modulation frequency of the light beam, extract the low frequency component from the difference of the received signals the nude of which determines the amount of movement.

Поставленна цель достигаетс также тем, что устройство дл измерени перемещений, содержащее источние света и модул тор, св занный с ни и установленные по ходу светового пучка оптическую систему, св зываемую с контролируемым объектом, и сдвоенные фотоприемники, генератор синусоидального напр жени , соединенный с модул тором, снабжено фильтром нижних частот, генератор синусоидальных напр жений выполнен квадратурным, фотоприемники соединены последовательно , выход первого фотоприемника, соединенный с входом второго, подключен к фильтру нижних частот, вход первого , фотопрнемника и выход второго соединены с соответствующими выходами генератора синусоилального напр жени а выход фильтра нижних частот вл ет выходом устройства. На чертеже приведена блок-схема устройства дл измерени перемещений Устройство дл измерени перемещений содержит генератор 1 синусоида ного напр жени , выполненный квадратурным , модул тор 2 подключенный к выходу последнего, источник 3 света , соединенный с модул тором, установленные по ходу светового луча оптическую , систему 4, жестко св зываемую с контролируемым объектом 5, и сдвоенные фотоприемники 6 и 7, соеди последовательно, и фильтр 8 нижних частот, выход которого вл ет с выходом устройства, выход первого фотоприемника 6, соединенный с входо второго фотоприемника 7, подключен к фильтру В нижних частот, вход первого фотоприемника 6 и выход второго соединены с соответствующими выходами генератора 1 синусоидального напр жени . Способ реализуетс с помощью устройства следующим образом. Напр жение с выхода генератора 1 синусоидального напр жени подают на вход модул тора 2, осуществл таким образом синусоидальную модул цию интенсивности светового пучка . Световой пучок источника 3 света проход через оптическую систему 4, перемещающуюс вместе с контролируемым объектом 5, измен ет свое направThe goal is also achieved by the fact that a device for measuring displacements, which contains light sources and a modulator, coupled to an optical system connected with a controlled object, and connected to a controlled object, and dual photodetectors, a sinusoidal voltage generator, connected to the module torus, equipped with a low-pass filter, a sinusoidal voltage generator is made quadrature, the photodetectors are connected in series, the output of the first photodetector connected to the input of the second is connected to f The low-pass filter, the input of the first photoelectric transducer and the output of the second are connected to the corresponding outputs of the sine-wave voltage generator, and the output of the low-pass filter is the output of the device. The drawing shows a block diagram of a device for measuring displacements. A device for measuring displacements comprises a sinusoidal voltage generator 1, made quadrature, a modulator 2 connected to the output of the latter, a source 3 of light connected to the modulator, an optical system installed along the light beam. 4, rigidly connected with the object to be monitored 5, and dual photodetectors 6 and 7, are connected in series, and a low-pass filter 8, the output of which is with the output of the device, the output of the first photodetector 6, enny with input of the second detector 7 is connected to the filter in the lower frequencies, the input of the first photodetector 6 and a second output connected to respective outputs of a sine generator 1 voltage. The method is implemented using a device as follows. The voltage from the output of the sinusoidal voltage generator 1 is fed to the input of the modulator 2, thereby performing a sinusoidal modulation of the intensity of the light beam. The light beam of the source of light 3, the passage through the optical system 4 moving together with the object being monitored 5 changes its direction

ление в пространстве, что приводит к перемещению светового п тна по поверхности сдвоенных фотоприемников 6 и 7. Фотоприемники 6 и 7 расположены вдоль пр мой, по которой перемещаетс световое п тно, вследствие чего их сопротивлени измен ютс с противоположными знаками. Это приводит к тому, что напр жение U , поступающее с их общей точки на входspace, which leads to the movement of the light spot on the surface of the dual photodetectors 6 and 7. The photoreceivers 6 and 7 are located along the straight line along which the light spot moves, as a result of which their resistances change with opposite signs. This leads to the fact that the voltage U coming from their common point to the input

та 5, измер ют, например, вольтметром посто нного тока.This 5 is measured, for example, by a DC voltmeter.

Таким образом, за счет применени предлагаемого способа измерени в средН- .м в 2-3 раза уменьшаетс чувствительность устройства к фоновой засветке фотоприемников источниками естественного .и искусственного освещени и случайным флуктуаци м мощности излучател . тра 8 Н1 гжних частот, измен етс едующей зависимости; Ur.(u. амплитудное значение напр жени ; частота сигнала генератора 1; - сдвиг фазы по отношению к сигналу на выходе генератора 1, соединенного с фотоприемником 7, величина которого пропорциональна величине перемещени объекта 5. следствие модул ции интенсивности ового пучка A /4sinuJi , Л - амплитудное значение напр жени на выходе освещенного фотоприемника 6 или 7 при нулевом перемещении объекта 5, да л1л(to-t+ | sio u)i V-co5(2u;-t + Vl . спользу фильтр 8 частот подавлени составл ющей удвоенной оты, получают на выходе устройства ал ВЫХ 2 К - коэффициент передачи фильтра 8. апр жение выходного сигнала, завие от величины перемещени объекThus, due to the application of the proposed method of measurement, the sensitivity of the device to the background illumination of photodetectors by sources of natural and artificial illumination and random fluctuations of the power of the radiator is reduced by a factor of 2 to 3 times. Tra 8 H1 of the lower frequencies, changes in the traveling dependence; Ur. (U. Voltage amplitude value; oscillator 1 signal frequency; phase shift relative to generator 1 output signal connected to photodetector 7, the value of which is proportional to object displacement 5. resulting from modulation of the intensity of the A / 4sinuJi beam, L is the amplitude value of the voltage at the output of the illuminated photodetector 6 or 7 at zero displacement of the object 5, and then (to-t + | sio u) i V-co5 (2u; -t + Vl. Using the filter 8 frequency suppression component doubled) get output device al OUT 2 K - coefficient before Achieves of the filter 8. Output aperture, depending on the amount of movement of objects

Claims

1. A method of measuring displacements, which consists in modulating a light beam directed to a controlled object, receiving two in-phase variable signals, by changing with opposite signs of the amplitudes of which the displacement is determined, characterized in that, in order to increase noise immunity, the first and second variable signals are modulated accordingly, sinusoidal and cosine signals, whose frequency is equal to the modulation frequency of the light beam, isolate the low-frequency component from the difference of the received signal in, the level of which determine the amount of displacement.

with

00 from 05

2. A device for measuring displacements, containing a light source and a modulator associated with it, and an optical system installed along the light beam connected to the controlled object, and dual photodetectors, a sinusoidal voltage generator connected to the modulator, characterized in that, for the purpose of increase noise immunity, it is equipped with a low-pass filter, the sinusoidal voltage generator is quadrature, the photodetectors are connected in series, the output of the first photodetector connected to the input of W Or, connected to a low-pass filter, the input of the first photodetector and the output of the second are connected to the corresponding outputs of the sinusoidal voltage generator, and the output of the low-pass filter is the output of the device.