I. Изобретение относитс к измерительь/ой технике и может быть исполь зовано в производстве искусственно . го волокна, кабел , проволоки. Известно устройство дл измерени диаметра волокна, содержащее.излучатель , сканирующую систему, фотоэлемент с усилителем и измеритель длительности импульсов I 1. Недостатком известного устройств вл етс низка точность измерени из-за погрешности, обусловленной не стабильностью излучател или чувствительности элементов схемы обработ ки сигнала. . Целью изобретени вл етс повышение точности измерени . Поставленна цель достигаетс те что устройство дл измерени диамет ра волокна, содержащее излучатель, сканирующую систему, фотоэлемент с усилителем и измеритель длитель ности импульсов, снабжено соединенными последовательно амплитудным детектором и делителем напр жени н два, компаратором, инвертирующий вход которого соединен с выходом де лител . . напр жени на два, неинвертирующий вход -. с выходом усилител I подключенный к инфо)мационному вход амплитудного детектора, одновибрато ром, вход которого соединен с выходом компаратора и входом измерител длительности импульсов, выход - с входом сброса амплитудного детекто-. ра, а усилитель выполнен инвертирующим . На фиг.1 представлена структурна схема устройства; на фиг.2 - ди rpai-iMa элементов cxehttj; на фиг.З и 4 - процесс образовани импульса на выходе фотоэлемента-. Устройство дл измерени диаметр волокна содержит излучатель I, сканирующую систему, состо щую из зеркальной призмы 2, установленной с возможностью вращени , и линзы 3 (сканируетс волокно 4 ), линзу 5, фотоэлемент 6 с усилителем 7, соеди ненные последовательно амплитудный детектор 8 и делитель 9 напр жени на два, компаратор 10, инвертирующий вход которого соединен с делителем 9 напр жени на два, неинверт рующий - с выходом усилител 7, одновибратор 11, выход которого соеди иен с входом сброса амплитудного детектора 8, информационный вход ко торого св зан с усилителем 7, изме3 .2 ритель 12 длительности импульса, вход которого и вход одновибратора 1 соединены с выходом компаратора 10. Устройство работает следующим образом . Световой от излучател 1 развертываетс в пределах угла cL за счет вращени зеркальной призмы 2. Луч попадает на линзу 3, котора обеспечивает параллельное его перемемещение . Линза 5 фокусирует перемещающийс луч на фотоэлементе 6. При пересечении лучом волокна 4 (фиг . ) в промежуток времени i - t. (фиг.2) уменьшаетс световой поток, попадающий на фотоэлемент 6 и соответственно снижаетс напр жение на его выходе U, , а на выходе усилител 7 переменного тока, усиливающего и инвертирующего переменную составл ющую напр жени с фотоэлемента 6, по вл етс нарастающее напр жение Uy, образуетс передний фронт импульса. Если этот импульс первый после включени устройства . в работу, то в этом случае к моменту t близко к нулю, соответственно на вьгходе делител 9 напр жени , уменьшающего напр жение амплитудного детектора 8 в два раза, также имеетс нулевое напр жение U. Поэтому при по влении напр жени на выходе усилител 7 в момент tj, срабатывает компаратор 10, так как на инвертирующий его вход в момент t подаетс нулевое напр жение делител -9, на неинвертирующий вход компаратора 10 поступает увели 1ивающеес напр жение Uy с выхода усилител 7. На выходе компаратора по вл етс импульс и, по переднему фронту которого одновибратор 1 формирует на своем выходе короткий импульс Кдц, подаваемый на вход сброса амплитудного детектора 8. Этот импульс сброса в дальнейшем используетс дл установки нулевого напр жени на выходе амплитудного детектора 8. Но окончании импульса сброса Удц в момент t напр жение на выходе амплитудного детектора 8 повтор ет напр жение на выходе усилител 7 до максимального (амплитудного ) значени (промежуток времени ) соответствующего полному перекрытию (затемнению) сканирующего светового луча измер емым объектом волокном 4, MHHHNryMy светового пото ка, падающего на фотоэлрмент 6, а также минимуму напр жени на его выходе. С моментаt сканирующий луч выходит из пересечени с волокном и перекрываетс им все в меньшей степени, увеличиваетс свето вой поток, падающий на фотоэлемент растет напр жение на его выходе, уменьшаетс напр жение на выходе . усилител 7, формируетс задний У (отре фронт импульса напр жени U зок ij - ij). При уменьшении напр же ни и на выходе усилител 7 напр же ни 3 выходе амплитудного детектора 8 измен етс и остаетс равным aмплитyднo y значению напр жени Uy. Соответственно напр жение (J на выходе делител 9 равно половине амп литудного значени напр жени U на выхйде усилител 7 (отрезок -tj - -t ) При уменьшении напр жени на выходе усилител 7 до половины амплитудного значени (момент i) сравниваютс на пр жени на входах компаратора iO, он срабатывает, на его выходе формируетс задний фронт импульса напр жени Уц. При следующем пересечении волокна 4 сканирующим лучом на выходе усилител 7 вновь формируетс импульс напр жени i . Когда напр жение на выходе усилител 7 достигает половины а1-1Ш итудн6го значени , срабатывает компаратор 10, на его в ходе формируетс передний фронт импульса напр жени U (момент t ), коротким импульсом с одновибратора напр жение на выходе амплитудного детектора 8 сбрасываетс до нул , а затем возрастает, повтор возраста щее напр жение на выходе усилитеп до амплитудного его значени . К моменту начала снижени напр жени О на выходе усилител 7 напр жение вьпсоде ам1глитудного детектора 8 равно максимальному, значению напр жени и , а напр лсение на вьп-соде дел тел 9 - половине его. При снижении напр жени на выходе усилител 7 до половины его амплитудного значени срабатьтает компаратор 10 и на его выходе формируетс задний фронт импульса напр жени U. Итак, на выходе компаратора 10 сформировалс импульс с длительностью i (фиг.2), равный времени, вртечение которого напр жение на выходе усилител 7 превышает половину своего амплитудного значени . Этот пр моугольный импульс напр жени UK с выхода компаратора 10 пода 3 - етс на вход измерител 12 /ичительности импульсов. При снижении мощности сканирующего луча из-за нестабильности излучател I уменьшаетс пад.)щий световой поток, снижаетс амплитуда импульсов с фотоэлемента 6 и выхода усилител 7 (момент t, ) В момент if, на. компараторе 10 происХОДИТ сравнение напр жени на выхо7 с половиной прежнего де усилител аг-гплитудного значени (до уменьшени светового потока), далее на выходе амплитудного детектора 8 устанавливаетс напр жение,равное новому амплитудноь{у значению напр жени на выходе усилител 7, и половине этого напр жени - на выходе делител 9 (момент t&), длительность пр моугольных им т;шьсов, формируемых в дальнейшем компаратором, снова равна времени , в течение которого напр жение на выходе усилител 7 превышает половину своего амплитудного значени . Задержка установлени напр жени Уд на инвертирующем входе компаратора 10, соответствующего изменившемус амплитудному значению импульса с выхода усилител , не превышает пе- . риода измерени .. . Таким образом, устройство обеспечивает измерение дпительности импульса с выхода усилител , представл }ощего теневое изображение волокна, на уровне половины его амплитудного значеии независимо от изменений амплитудд этого импульса. Целесообразность измерени длительности импульса, иа уровне, равном половине его e afIлитyды (т.е. иа его середине), моиет быть по снена ка примере сканировани тонким световым лучом (диаметр d луча меньше диаметра волокна D) непрозрачнсгго волокна. При анализе примем следующие допущени : мСэщкость излучени равномерно распредел етс по всей площади луча; ли ние влений, обусловленных волновыми свойствами света , не учитываетс . Существует линейна зависимость между напр жением на выходе фотоэлемента и световым потоком падаюп его на него луча , а также напр жением на вьпсоде усил;5тел . Пусть луч ;иаматром d движетс со скоростью V к волокну диаметром D (фиг.З). Пока луч не пересек волокно , напр жение на выходе фотоэлемента огфедел етс полным светевым потоком луча э . где - световой поток сканирующег луча, лм; ;( - чувствительность фотоэлеме та, В/лм. В момент i (фиг.З) луч начинает пересекатьс волокном. Далее часть луча перекрываетс волокном, уменьш етс световой поток, падающий на фо тоэлемент, и с -шжаетс соответствен но его выходное напр жение: иф,.Ф-ли . При указанных допущени х изменен напр жени ли 1редел етс площадь луча, перекрытой волокном: где ТГг обща плоа1адь луча; радиус луча; йЗ - площадь луча, перекрыта волокном. Напр жение на выходе усилител и., К--ди ,(2) где К - коэф()ициент усчлени усилител . В некоторый текущий момент -t пл щадь луча, перекрыта волокутом, рав на площади сегмента ВАС (фиг.З, заштрихована ): ЛЗ --- ( d - sin оС), d где - радиус сканирующего луча дентром 0; . fL - угол ШС. Радиус ОЛ (фиг.З) совпадает с на прашЕпием перемещени луча, он пе пендикул рен продольной оси волокна и границе волокна ВС. ОА делит угол сС пополам. ; arccos 2 г .гссо5 (-n)-s..ccos(± После преобразований получаем з кон изменени напр жени на выходе усилител 7 в пределах импульса (t, t tj): ( b Г/ r-x -Stn|2arc№s(y , CM где (t - t). В момент t (х г, At tg t ---). когда центр луча .0 пересекает край волокна, перекрыта половина площади светового луча, изменение напр сени на фотоэлементе и напр жени на выходе усилител достигает половины амплитудного значени : Б момент tj() луч полностью перекрыт, световой поток, падающий на фотоэлемент минимален и определ етс засветкой от посторонних источников: U,(t,).U,,, К71ф . световой поЗатем до момента t ТОК, падающий на фотоэлемент, и напр жение на выходе усилител неизменны . Далее (отрезок Ц-t) образуетс за,дний фронт импульса, процесс аналогичен описанному, но протекает в обратном пор дке. Рассмотрим ошибку измерени длительности импульса, обусловленную нестаб1-шьностыо порога срабатывани измерител длительности импульса , (в описанном устройстве компаратора): где tTU - погрешность порога срабатывани ; -г- скорость изменени напр жени на выходе усилител во врем образовани фронта импульса. Коэффициент, равный двум, учитывает , что ошибка измерени возникает нг обоих фронтах импульса. Очевидно, функци (5) имеет минимум при максимальном значении (-:-). Найдем значение U, соответствующее мaкcи fyмy (ТГ) Име в виду, что (t-t), можно записать: l..v 1 cJt dT Таким образом, минимум Л в в раженни (5) определ етс максимум ( -Н--)ах Итак, дл отыскани уровн нап жони и, на котором погреп1ность измерител длительности (компарат ра) сли дает минимальную ошибку в измерении длительности., найдем d U:, рую производную и приравн е Очевидно 7 при х г , т учитыва выражение (4 ), при Погрешность от разброса (нестаб ности) уровн срабатьгаани измерител длительности (компаратора) да наименьшую ошибку в измерении длительности импульса при услозш, чт длительность импульса измер етс н уровне, равном половине амплитуды и.-шульса. Длительность фронта и;-шульса f.A t,-t (фиг.З) зависит от диаметра сканирующего луча: tф d/v. Длительность импульса, замеренна на уровне его середины (полсви ны амплитудного значени ), не ззви сит от диаметра луча и определ етс временем движени центра луча О (фиг.З) от одного кра волокна, до другого Гф D/V. 838 Длитслыюст импульса, замеренна на уропне вершины имиульса мин У основани импульса . а также на любом уровне, кроме середины импульса V(f, (фиг.З), -зависит от диаметра сканирующего луча: -(.4i.-i.U -i 1,-21-(5-Ч1 ..c44(V)). )° На фиг.А приведены диаграммы импульса при одинаковых мощност х (световых потоках), но разных диаметрах луча., сканирующего одно и то же волокно Д -:аметром D. Очевидно, при d О, „„„ Гф 2 D разность замеренных на разных уровн х длительностей вызываетс конечнь, размерами луча . При смещении волокна на край зоны сканированна фронты импульса станов тс более пологньш, вследствие увелкчели д аметра .луча изза кесорерэонства оптики, в частности ликзы 3 (фиг.1). Измерени длительности на уровне, отличном от середины н;--:пульса, доют-погрешность, пропорциональную изменению диаметра сканирующего луча. На фиг,2 видно, что длительность и a yльcs с фотоэлемента, замереннг на уровне его середкйы, ке заЕисит от амплитуды этого импульсг . ЗследстЕме этого изменение ннтенсквкости излучател .и изменение чувствительности фотсэлен-э.мта не БЛИ- ют на точность измера к диаметра волокна. Таким образон. тз реэзльтате применени предлагаемого устройства устран етс погрсч1нос-гь измерени диа .sтpг воло-;нг, зызванк-ай нестабилькостью нзлучате.Ш, кестабильностью чувствите.лькости фотоз енента, меньшаетс погреп:кость, Бызванна разбросом noiriora срабатывани изерител длительности (компаратора), стран етс погрешностьj вызванна епосто нство.ч диаметра луча в зое сканирован5 Я; что D целом повыает точность из1-герени диаметра олокна.
Фиг.2
T.jty...-g)pyai/y.iJ4i.m.4, ,.11
и.
Фиг.4