SU1113672A1

SU1113672A1 - Linear displacement meter

Info

Publication number: SU1113672A1
Application number: SU833587054A
Authority: SU
Inventors: Вячеслав Михайлович Аранчук; Вячеслав Григорьевич Беляев; Федор Григорьевич Дрик; Сергей Алексеевич Зубко; Александр Петрович Селюнин; Владимир Евгеньевич Карпов
Original assignee: Институт Прикладной Физики Ан Бсср
Priority date: 1983-02-21
Filing date: 1983-02-21
Publication date: 1984-09-15

Abstract

ИЗМЕРИТЕЛЬ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ , содержащий оптически св занные излучатель, полупрозрачное зеркало , фотоприемник с диафрагмой, блок усилител с фотоприемником, подключенные к фотоприемнику с диафрагмой, и индикаторное устройство, отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерений, он снабжен призмой типа БМ-90-90&deg;, расположенной по ходу пучка излучени от излучател так, что ее входна грань составл ет угол 45&deg; с направлением пучка, .а четыре других ее грани параллельны пучку, двум зеркалами, установленными напротив входной и выходной граней призмы так, что плоС кости зеркал параллельны сторонам соответствующих граней призмы, перпендикул рным направлению вход щего пучка излучени , вторым фотоприемником с диафрагмой, плоскость которой параллельна плоскости диафрагмы первого фотоприемника с диафрагмой , ориентированной щелью перпендикул рно плоскости падени пучка, отраженного от зеркала, установленного напротив входной грани призмы, а щель диафрагмы Q второго фотоприемника ориентирована параллельно плоскости падени пучка, отра- Л женного от другого зеркала, измеритель снаб- жен дифференциальным усилителем, входы которого подключены к фотоприемникам, а выход - к индикаторному устройству. . gLINEAR MOVEMENT METER containing an optically coupled emitter, a translucent mirror, a diaphragm photodetector, an amplifier unit with a photoreceiver, connected to an aperture photodetector, and an indicator device, which is equipped with a BM-90 prism to improve measurement accuracy -90 ° A, located along the beam of radiation from the emitter so that its input face is an angle of 45 ° C. with the beam direction, and its four other faces parallel to the beam, two mirrors mounted opposite the input and output faces of the prism so that the surface of the mirror bones is parallel to the sides of the corresponding faces of the prism perpendicular to the direction of the incoming radiation beam, the second photodetector with the diaphragm whose plane parallel to the plane of the diaphragm of the first photodetector with the diaphragm oriented slit perpendicular to the plane of incidence of the beam reflected from the mirror mounted opposite the input face of the prism, and the aperture Q of the second photodetector is oriented parallel to the plane of incidence of the beam reflected from another mirror, the meter is equipped with a differential amplifier whose inputs are connected to the photoreceivers, and the output is connected to the indicator device. . g

Description

Изобретение относитс к из мерите; ьной технике и может быть использовано, например , при вибрационных испытани х.The invention relates to measure; This technique can be used, for example, in vibration tests.

Известны измерители- линейных перемещений . Содержащие лазер и позиционно-чувствительный фотоприемник |1).Known gauges are linear displacements. Containing a laser and a position-sensitive photodetector | 1).

Однако измерители имеют невысокую точность.However, the meters have low accuracy.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам вл етс измеритель линейных перемещений , содержащий оптически св занные и.злучатель, полупрозрачное зеркало и фотоприемник с диафрагмой, блок усилител с фотоприемником, подключенные к фотоприемнику с диафрагмой, и индикаторное устройство (2).The closest to the invention in technical essence and achievable results is a linear displacement meter containing optically coupled emitter, a translucent mirror and a photo-receiver with a diaphragm, an amplifier unit with a photo-receiver connected to a photo-receiver with a diaphragm, and an indicator device (2).

Недостаток такосо измерител - невысока точность измерений, обусловленна погрещностью, вносимой некотролируемыми угловыми перемещени ми объекта.The drawback of the takos meter is the low accuracy of the measurements due to the error introduced by the uncontrolled angular displacements of the object.

Цель изобретени - повьнление точности измерений.The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy.

Цель достигаетс тем, что измеритель линейных перемещений, содержащий оптически св занные излучатель, полупрозрачное зеркало и фотоприемник с диафрагмой, блок усилител с фотоприемником, подключенные к фотоприемнику с диафрагмой, и индикаторное устройстр$о, снабжен призмой типа БМ-90-90°, расположенной походу пучка излучени от излучател так, что ее входна грань составл ет угол 45° с направлением пучка, а четыре других ее грани параллельны пучку, двум зеркалами, установленными напротив входной и выходной граней призмы так, что плоскости зеркал параллельны сторонам соответствуюнхих граней призмы , перпендикул рным Направлению вход щего пучка излучени , вторым фотоприемни ком с диафрагмой, плоскость которой параллельна плоскости диафрагмы первого фотоприемника с диафрагмой, ориентированной щелью г ерпендикул рно плоскости падени пучка, отраженного от зеркала, установленного напротив вход1гой ранн призмы, а щель диафрагмы второго фотоприемника ориентирована параллельно плоскости палени пучка , отраженного от другого зеркала, измеритель снабжен дифференциальным усилителем , входы которого подключены к фотоприемникам , а выход - к индикаторному устройству .The goal is achieved in that the linear displacement meter, containing an optically coupled emitter, a translucent mirror and a diaphragm photodetector, an amplifier unit with a photoreceiver, connected to a diaphragm photodetector, and an indicator device BM, 90-90 °, located the radiation beam travels from the radiator so that its entrance face makes an angle of 45 ° with the beam direction, and its four other faces are parallel to the beam, with two mirrors mounted opposite the input and output faces of the prism so that the mirrors are parallel to the sides of the corresponding prism faces perpendicular to the direction of the incoming radiation beam, the second photodetector with the diaphragm, the plane of which is parallel to the aperture plane of the first photodetector with the diaphragm oriented by the slot r perpendicular to the plane of the beam, reflected from the mirror, the face of the beam, reflected from the mirror, didn’t fit, and didn’t reflect, the face of the photoelectric receiver with the diaphragm oriented by the plane of the beam, reflected from the mirror, the opening, reflected from the mirror, didn’t fit, and didn’t reflect, the face of the photoelectric receiver with the diaphragm oriented by the plane of the beam, reflected from the mirror, didn’t fit, but didn’ , and the aperture slit of the second photodetector is oriented parallel to the plane of the beam of the beam reflected from another mirror, the meter is equipped with a differential lnym amplifier whose inputs are connected to the photodetector and the output - to the indicating device.

На чертеже изображена структурна схема измерител линейных перемещений.The drawing shows a structural diagram of a linear displacement meter.

Измеритель линейных перемещений содержит излучатель - лазер 1, фотоприемник 2 с диафрагмой 3, полупрозрачное зеркало 4, блок 5 усилител с фотоприемником 6 и индикаторное устройство 7. Кроме этого, измеритель содержит призму 8, например, типа БМ-90-9()°, расгголоженную по пучка излучени от лазера I так, что ее входна грань составл ет угол 45° с направлением нучка, а четыре других ее грани параллельны ему, зеркало 9, расположенное в пучке, отклоненном входной гранью призмы 5 8 так, что оно параллельно сторонам входной грани призмы 8, которые направлены перпендикул рно направлению пучка лазера 1. В пучке, отклоненном выходной гранью призмы 8, расположено зеркало 10 так, что оно параллельно сторонам выходной грани призмы 8, направленных перпендикул рно направлению пучка лазера 1. Пучки, отраженные зеркалами 9 и 10, падают на контролируемый объект II.The linear displacement meter contains a radiator - laser 1, a photo-receiver 2 with a diaphragm 3, a translucent mirror 4, an amplifier unit 5 with a photo-receiver 6 and an indicator device 7. In addition, the meter contains a prism 8, for example, BM-90-9 type () °, It is distributed along the beam of radiation from the laser I so that its entrance face makes an angle of 45 ° with the direction of the needle, and its four other faces are parallel to it, a mirror 9 located in the beam deflected by the input face of the prism 5 8 so that it is parallel to the sides of the input edges of prism 8 which are directed They are perpendicular to the direction of the laser beam 1. In the beam deflected by the output face of the prism 8, the mirror 10 is positioned so that it is parallel to the sides of the output face of the prism 8, directed perpendicular to the direction of the laser beam 1. The beams reflected by the mirrors 9 and 10 fall on the controlled object II.

Оба пучка лучей отражаютс от контро5 лируемого объекта 11 в одной точке. Это достигаетс тем, что,первое зеркало 9, расположенное по ходу пучка излучени , отраженного от входной грани призмы 8, расположено параллельно сторонам а и b этой грани, которые направлены перпендикул рно направлению пучка лазера, а второе зеркало 10, расположенное по ходу пучка излучени , отраженного от выходной грани призмы 8, расположено параллельно сторонам с и d этой грани, которые направлены пер5 пендикул рно направлению пучка лазера и направлению сторон а и b входной грани призмы 8. При этом первое зеркало 9 может мен ть свой наклон относительно падающего на него пучка, остава сь параллельным сторонам айв входной грани призмыBoth beams of rays are reflected from the object under control 11 at one point. This is achieved by the fact that the first mirror 9, located along the radiation beam reflected from the input face of the prism 8, is located parallel to the sides a and b of this face, which are directed perpendicular to the laser beam direction, and the second mirror 10 located along the radiation beam reflected from the output face of the prism 8 is located parallel to the sides c and d of this face, which are directed perpendicular to the laser beam direction and the directions a and b of the input face of the prism 8. The first mirror 9 can change its slope relative to the beam incident on it, remaining parallel to the sides of the quince of the input face of the prism

8, а зеркало 10 может мен ть свой наклон относительно падающего на него пучка, остава сь параллельным сторонам с и d выходной грани призмы 8. Это позвол ет совместить оба падающих на контролируемый объект 11 пучка в одной точке на его поверхности .8, and the mirror 10 can change its inclination relative to the beam incident on it, remaining parallel to the sides c and d of the output face of the prism 8. This makes it possible to combine both beams incident on the object under control 11 at one point on its surface.

В пучке, отраженном от зеркала 10 и контролируемого объекта И, расположен второй фотоприемник 12 с диафрагмой 13. Щель диафрагмы 13 параллельна щели ди0 афрагмы 3 фотоприемника 2, расположенного в пучке, отраженном от зеркала 9 и контролируемого объекта 1 1. Диафрагма 3 расположена так, что ее щель перпендикул рна плоскости падени пучка, отраженного от зеркала 9, а диафрагма 13 расположена так, что ее щель параллельна плоскости падени пучка, отраженного от зеркала 10.The second photodetector 12 with a diaphragm 13 is located in the beam reflected from the mirror 10 and the object to be monitored. The aperture slot 13 is parallel to the aperture of the aphragm 3 of the photodetector 2 located in the beam reflected from the mirror 9 and the object to be monitored 1 1. The aperture 3 is located that its slit is perpendicular to the plane of incidence of the beam reflected from mirror 9, and the diaphragm 13 is located so that its slit is parallel to the plane of incidence of the beam reflected from mirror 10.

Фотоприемники 2 и 12 подключены к входам дифференциального усилител 14, выход которого подключен к индикаторному уст0 ройству 7.Photo detectors 2 and 12 are connected to the inputs of the differential amplifier 14, the output of which is connected to the indicator device 7.

Оптический измеритель линейных перемещений работает следующим образом.Optical linear displacement meter works as follows.

Лазер I располагаетс относительно контролируемого объекта I 1 так, чтобы в отсутствие призмы 8 пучок лазера падал нор5 мально поверхности контролируемого объекта 11 в измер емой точке. Пучок лазера 1 падает на входную грань призмы 8, например , типа БМ-90-90° и отражаетс ею так, что направление отраженного входной гранью пучка, например первого пучка, составл ет угол 90° с первоначальным направлением пучка лазера I. Часть излучени пучка лазера 1 проходнт через входную грань призмы 8 и отражаетс выходной гранью призмы 8 так, что направление отраженного пучка, например второго пучка, составл ет угол 90° с первоначальным направлением пучка лазера 1 и угол 90° с направлением первого пучка. Первый пучок отражаетс зеркалом 9 в измер емую точку на поверхности контролируемого объекта 11. Второй пучок отражаетс зеркалом 10 в ту же измер емую точку на поверхности контролируемого объекта И. Плоскости падени первого и второго пучков на контролируемый объект 11 взаимно перпендикул рны. При перемещении контролируемого объекта 1 отраженные от него первый и второй пучки перемещаютс относительно диафрагм 3 и 13 соответственно . Интенсивность излучени распределена по поперечному сечению лазерного пучка по закону Гаусса. Поэтому при перемещении, пучка поперек щели диафрагмы интенсивность прошедщего через нее излучени nojTyчает приращение, причем перемещение пучка относительно щели диафрагмы происходит в пределах линейного участка кривой Гаусса, что достигаетс выбором щирины щели диафрагмы d ,1г, где г - радиус пучка в плоскости диафрагмы. При перемещении пучка вддль щели диафрагмы интенсивность излучени , прошедщего через нее, не измен етс . Это достигаетс выбором длины щели диафрагмы d s 2--3г. При перемещении контролируемого объекта 11, сигнал на фотоприемнике 2 пропорционален сумме сигнала , обусловленного линейным перемещением контролируемого объекта 11, и сигнала , обусловленного его угловым перемещением в плоскости падени первого пучка, так как эти перемещени привод т к перемещению первого пучка поперек щели диафрагмыThe laser I is positioned relative to the object I 1 being monitored so that in the absence of a prism 8 the laser beam falls normally on the surface of the object 11 being monitored at the measured point. The laser beam 1 falls on the entrance face of the prism 8, for example, of the type BM-90-90 ° and is reflected by it so that the direction of the beam reflected by the input face, for example, the first beam, makes an angle of 90 ° with the initial direction of the laser beam I. The laser 1 passes through the entrance face of the prism 8 and is reflected by the output face of the prism 8 so that the direction of the reflected beam, such as the second beam, is 90 ° with the original direction of the laser beam 1 and 90 ° with the direction of the first beam. The first beam is reflected by the mirror 9 to the measured point on the surface of the object under test 11. The second beam is reflected by the mirror 10 to the same measured point on the surface of the object under test I. The planes of incidence of the first and second beams on the object 11 are mutually perpendicular. When moving the controlled object 1, the first and second beams reflected from it move relative to the diaphragms 3 and 13, respectively. The radiation intensity is distributed over the cross section of the laser beam according to the Gauss law. Therefore, when a beam is moved across the aperture slit, the intensity of the radiation passing through it nojTych increments, and the beam moves relative to the aperture slit occurs within the linear portion of the Gauss curve, which is achieved by selecting the aperture slit d, 1g, where r is the beam radius in the aperture plane. When the beam is moved along the slit of the diaphragm, the intensity of the radiation passing through it does not change. This is achieved by choosing the length of the slit diaphragm d s 2--3 g. When moving the monitored object 11, the signal on the photodetector 2 is proportional to the sum of the signal due to the linear movement of the monitored object 11, and the signal due to its angular movement in the plane of incidence of the first beam, since these movements cause the first beam to move across the aperture slot

3, а угловые перемещени контролируемого объекта 11 в плоскости падени второго пучка привод т к перемещению первого пучка вдоль щели диафрагмы 3 и не вызывают сигнала на фотоприемнике 2. Сигнал на фотоприемнике 12 пропорционален угловому перемещению контролируемого II в плоскости падени первого пучка, так как при этом второй пучок перемещаетс поперек щели диафрагмы 13. Линейное перемещение и угловые перемещени контролируемого объекта 11 в плоскости падени второго пучка привод т к перемещению второго пучка вдоль щели диафрагмы 13, что не вызывает сигнала на фотоприемнике 12. Сигналы с фотоприемников 2 и 12 поступают на входы дифференциального усилител 14, выходной сигнал которого пропорционален линейному перемещению контролируемого объекта, которое определ етс по показани м индикаторного устройства 7. Это по сн етс формулой3, and the angular displacements of the monitored object 11 in the plane of incidence of the second beam lead to the displacement of the first beam along the slit of the diaphragm 3 and do not cause a signal on the photoreceiver 2. The signal on the photodetector 12 is proportional to the angular displacement of the controlled II in the plane of incidence of the first beam, since the second beam moves across the slit of the diaphragm 13. The linear movement and angular displacement of the object under test 11 in the plane of incidence of the second beam causes the second beam to move along the slit of the diaphragm 13, It does not cause a signal on the photodetector 12. The signals from the photodetectors 2 and 12 are fed to the inputs of the differential amplifier 14, the output of which is proportional to the linear movement of the object being monitored, which is determined by the indications of the indicator device 7. This is explained by the formula

UBba UoA-bUoy-UAUBba UoA-bUoy-UA

где Цвьигсигнал на выходе дифференциального усилител 14;where Zwigsignal at the output of the differential amplifier 14;

Uon-составл юща сигнала на выходеOutput signal component

фотопрнеМника 2, обусловленна линейными перемещени ми контролируемого объекта И; Photographic 2, due to the linear displacements of the monitored object AND;

U ojj составл юща сигнала на выходе фотоприемника 2, обусловленна угловыми перемещени ми контролируемого объекта 11,U ojj component of the signal at the output of the photodetector 2, due to the angular displacements of the test object 11,

( д - сигнал(d - signal

на выходе фотоприемнка 12.at the output of the photodetector 12.

Так как Uoy ид,то Ubbi« Uon. Оснащение измерител линейных перемещений расположенными указанным образом призмой БМ-90-90°, двум зеркалами, третьим фотоприемником с диафрагмой и дифференциальным усилителем позвол ет устранить погрешность, обусловленную угловыми колебани ми объекта и повысить точ ность измерений примерно в 3 раза.Since Uoy was going, Ubbi “Uon. Equipping the linear displacement meter with the BM-90-90 ° prism, two mirrors, a third photodetector with a diaphragm and a differential amplifier located in this way makes it possible to eliminate the error caused by the angular oscillations of the object and increase the measurement accuracy by about 3 times.

Claims

LINEAR MOVEMENT METER containing optically coupled emitter, translucent mirror, diaphragm photodetector, amplifier unit with photodetector connected to the diaphragm photodetector, and an indicator device, characterized in that, in order to improve measurement accuracy, it is equipped with a prism of the type 'BM-9O -9 ⁰ , located along the radiation beam from the emitter so that its input face is at an angle of 45 ° with the direction of the beam, and its four other faces are parallel to the beam, two mirrors mounted opposite the input and you the traveling faces of the prism so that the planes of the mirrors are parallel to the sides of the corresponding faces of the prism perpendicular to the direction of the incoming radiation beam, a second photodetector with a diaphragm, the plane of which is parallel to the plane of the diaphragm of the first photodetector with a diaphragm oriented by a slit perpendicular to the plane of incidence of the beam reflected from the mirror installed opposite the input face prisms, and the slit of the diaphragm of the second photodetector is oriented parallel to the plane of incidence of the beam reflected from another mirror, from The meter is equipped with a differential amplifier, the inputs of which are connected to photodetectors, and the output is connected to an indicator device.

SU ".1113672