SU1174745A1

SU1174745A1 - Device for measuring translations of objects

Info

Publication number: SU1174745A1
Application number: SU833652760A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Николаевич Мотуз; Анатолий Иванович Копоть; Борис Викторович Никульшин; Виктор Валентинович Попов
Priority date: 1983-10-17
Filing date: 1983-10-17
Publication date: 1985-08-23

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ HSlfEPEНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТОВ, содержащее систему формировани интерференционных или муаровых полос , линейку фотоприемников, оптически св занную с системой форми- ровани интерференционных или муа .ровых полос, последовательно соединенные блок Пространственной селекции фотоприемников и блок индикации, блок управлени , подключенный входом к выходу блока пространственной селекции фотопри- емников, и исполнительный узел, св занный механически с линейкой фотоприемников, соединенной с блоком пространственной селекции фотоприемников, отличающеес тем, что, с целью повышени точности измерений, оно снабжено сумматором, блок управлени снабжен вторым и третьим входами, причем входы сумматора соединены с выходами линейки фотоприемников, а его выходы соответственно соединены с вторым и третьим входгши блока управлени , а выход блока управлени соединен с исполнительным элементом. 2. Устройство ПОП.1, отличающеес тем, что блок управлени выполнен в виде высоковольтного усилител , компаратора, (Л дифференциального усилител , коммутатора и фильтра низких частот, вход которого вл етс первым входом блока управлени , выход соединен с первым входом дифференциального усилител и с информационным входом коммутатора, второй ч вход дифференциального усилител 4ib вл етс вторым входом блока управ « СП лени , выход соединен с первыми входами высоковольтного усилител и компаратора, второй вход компаратора подключен к третьему входу блока управлени , выход компаратора подключен к управл ннцему входу коммутатора и к второму входу высоковольтного усилител , выход которого вл етс выходом блока управлени .1. DEVICE FOR HSLFEPENING OF LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS, containing a system for forming interference or moire bands, a line of photoreceivers, optically connected to the system for forming interference or model lines, successively connected to the Spatial selection module of photoreceivers and the display unit, a unit, a control unit, a control unit, a control unit, a control unit, and a control unit. to the output of the block of spatial selection of photoreceivers, and the execution unit connected mechanically with the line of photodetectors connected to the unit of space In order to improve the accuracy of measurements, it is equipped with an adder, the control unit is equipped with second and third inputs, the adder inputs connected to the outputs of the photodetector line, and its outputs respectively connected to the second and third control unit inputs, and the output of the control unit is connected to the actuating element. 2. Device POP.1, characterized in that the control unit is made in the form of a high-voltage amplifier, comparator (L differential amplifier, switch and low-pass filter, whose input is the first input of the control unit, the output is connected to the first input of the differential amplifier and the information input of the switch, the second h input of the differential amplifier 4ib is the second input of the control unit; the output is connected to the first inputs of the high-voltage amplifier and comparator; the second input of the comparator is connected ene to the third input of the control unit, the comparator output is connected to a control input nntsemu switch and to the second input of the high-voltage amplifier, the output of which is the output of the control unit.

Description

1 one

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени линейных перемещений , амплитуд вибраций, линейных размеров деталей и т.д.The invention relates to a measurement technique and can be used to measure linear displacements, amplitudes of vibrations, linear dimensions of parts, etc.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерени .The aim of the invention is to improve the measurement accuracy.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.The drawing shows a block diagram of the proposed device.

Устройство дл измерений линейных перемещений объектов содержит систему 1 формировани интерференционных или муаровых полос, линейку 2 фотоприемников, св занную с ней, блок 3 индикации, блок.4 пространственной селекции фотоприемников, входы которого подключены к линейке 2 фотоприемников и к входам сумматора 5, последовательно соединенные блок 6 управлени , подключенный входом к выходу блока 4 пространственной селекции фотоприемников и исполнительный узел 7, св занный механически с линейкой 2 фотоприемников , выходы сумматора 5 соединены соответственно с вторым и третьим входами блока 6 управлени . Блок 6 управлени выполнен в виде фильтра 8 низких частот, дифференциального усилител 9, коммутатора 10, высоковольтного усилител 11 и компаратора 12, фильтр 8 низких частот св зан выходом с первым входом дифференциального усилител 9 и информационным входом коммутатора 10, второй вход дифференциального усилител 9 подкгаочен к первому выходу сумматора 5, выход - к первым входам высоковольтного усилител 11 и компаратора 12, соединенного вторым входом с вторым выхбдом сумматора 5 а выход компаратора 12 подключен к управл ющему входу коммутатора 10 и к второму входу высоковольтного усилител 11.A device for measuring linear displacements of objects contains a system 1 of forming interference or moire bands, a line of 2 photodetectors associated with it, an indication unit 3, a unit 4 for spatial selection of photodetectors, the inputs of which are connected to a line of 2 photodetectors and to the inputs of the adder 5 connected in series a control unit 6 connected by an input to the output of a unit 4 for spatial selection of photodetectors and an executive unit 7 mechanically connected with a line of 2 photodetectors, the outputs of the adder 5 are connected respectively with the second and third inputs of the control unit 6. The control unit 6 is designed as a low-pass filter 8, a differential amplifier 9, a switch 10, a high-voltage amplifier 11 and a comparator 12, a low-pass filter 8 is connected to the first input of the differential amplifier 9 and the information input of the switch 10, the second input of the differential amplifier 9 is connected to the first output of the adder 5, the output to the first inputs of the high-voltage amplifier 11 and comparator 12 connected by the second input to the second output of the adder 5 and the output of the comparator 12 is connected to the control input switch ra 10 and to the second input of the amplifier 11 high.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Из интерференционной картины, сформированной системой 1 формировани интерференционных или муаровы полос, выдел ютс 2 полосы: темна и светла , которые проецируютс на линейку 2 фотоприемников, причем ширина вырезанных полос устанавливаетс одинаковой и равной линейным размерам линейки 2 фотоприемников , на выходе которых формируютс сигналы, пропорциональные распре7452From the interference pattern formed by the system 1 forming interference or moire bands, 2 bands are distinguished: dark and light, which are projected on a line of 2 photodetectors, and the width of the cut bands is set to the same and equal linear dimensions of the line 2 of photodetectors, at the output of which signals are proportional distribution 7452

делению освещенности вдоль выделенного участка.dividing the light along the selected area.

При виброперемещени х исследуемого объекта (не показан) происходит сканирование интерференционнойWhen vibrating the object under study (not shown), the interference is scanned.

полосы по фотоприемникам линейки 2, в результате чего на их выходах формируетс электрический сигнал, среднее значение которого св заноstrips along the photodetectors of ruler 2, as a result of which an electrical signal is generated at their outputs, the average value of which is connected

с пространственным положением фотоприемника линейки 2 относительно интерференционной полосы, а переменна составл юща св зана с величиной виброперемещени и с пространственным положением фотоприемника линейки 2 .with the spatial position of the photodetector of the ruler 2 relative to the interference band, and the variable component is associated with the magnitude of the vibration and the spatial position of the photodetector of the ruler 2.

Блок 4 пространственной селекции фотоприемников линейки 2 подключает к блоку 3 индикации тот фотоприемник линейки 2, который пространственно расположен на участке, соответствующем середине между максимальным и минимальным освещенност ми интерференционной полосы.The unit 4 for spatial selection of the photodetectors of the ruler 2 connects to the display unit 3 that photodetector of the ruler 2, which is spatially located in the area corresponding to the middle between the maximum and minimum illuminances of the interference band.

Блок 3 индикации индицирует переменный , электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна величине виброперемещений исследуемого объекта.The display unit 3 indicates a variable, electrical signal, the amplitude of which is proportional to the magnitude of the vibration displacement of the object under study.

При сканировании границы раздела между максимальной и минимальной освещенност ми интерференционной полосы в пределах светочувствительной поверхности одного фотоприемника линейки 2 происходит искажение снимаемого с этого фотоприемника фотосигнала в случае, если сканирование происходит не относительно центра границы раздела светочувствительной поверхности фотоприемника линейки 2.When scanning the interface between the maximum and minimum illumination of the interference band within the photosensitive surface of one photo detector in ruler 2, the photo signal taken from this photo detector is distorted if the scan is not relative to the center of the photosensitive surface of the photo detector in ruler 2.

Посто нна составл юща сигнала, снимаемого с выхода указанного фотоприемника линейки 2, характеризует положение границы интерференционных полос на светочувствительной поверхности этого фотоприемника, что соответствует положению рабочей точки на передаточной характеристике , св зывающей величину линейного перемещени интерференционной или муаровой полосы с величиной светового потока, падающего на фотоприемник . Сравнение значени посто ннойThe constant component of the signal taken from the output of the specified photodetector line 2, characterizes the position of the boundary of the interference fringes on the photosensitive surface of this photodetector, which corresponds to the position of the operating point on the transfer characteristic relating the linear displacement of the interference or moire band with the value of the light flux falling on photodetector. Comparison of the value of constant

составл ющей напр жени сигнала,component of the signal voltage

снимаемого в текущий момент с фотоприемника , с величиной напр жени , соответствующего положению рабочей точки на середине линейного участк передаточной характеристики выбранного фотоприемника, позвол ет более точно настроить центр границы раздела светочувствительной по- верхности выбранного фотоприемника линейки 2 на место сканировани границы раздела интерференционной полосы и устранить искажение сигна ла, снимаемого с выхода этого фото приемника при измерении малых виброперемещений объекта, амплитуда колебаний которого не превьшает ве личины линейного участка передаточ ной характеристики данного фотопри емника. Сравнение значений указанных напр жений и более точна на стройка выбранного фотоприемника на место сканировани границы раздела интерференционных полос осуществл етс обратной св зью, состо щей из блока 6 управлени и исполнительного узда 7, на котором закреплена линейка 2 фотоприемнико им не перемещаема . Сигнал с выхода блока 4 простра ственной селекции фотоприемников поступает на вход фильтра 8 низких частот, с выхода которого посто нна составл юща напр жени сигнал поступает на первый вход дифференциального усилител 9, на второй вход которого подаетс напр жение с первого выхода сумматора 5, вели чина которого соответствует нахождению рабочей точки на середине линейного участка передаточной характеристики выбранного фотоприем- ника линейки 2. Эта величина равна ( МО|К.С MKHj и cf- 1 где - - количество фотоприемнико приход щихс на одну интерференционную полосу темную или светлую; количество фотоприемнико в линейке 2; величина напр жени с вы хода фотоприемника, расположенного на светлой п лосе j величина напр жени с вы хода фотоприемника, расп ложенного на темной поло Поскольку вьщел ютс две полосы (темна и светла ) равной ширины, а количество фотоприемников, при54 хол щихс на обе полосы одинаково, то при сканировании границы раздела интерференционных полос по линейке 2 фотоприемников сигналы с кх выходов измен ютс на одинаковую величину противофазно один другому , так что их сумма не измен етс и величина U „ остаетс посто кной . при этом предполагаетс , что колебани контролируемого объекта происход т нормально к падающему. на него излучению, т.е. ширина вьфе закньк полос в процессе измерений не измен етс . В случае, если сканирование границы раздела интерференционных полос происходит не относительно центра гранииь раздела светочувствительной поверхности выбранного фотоприej .jKKica линейки 2, но на выходе дифференциального усилител 9 по вл етс напр жение рассогласовани , величина которого пр мо пропорциональна рассто нию от центра границы раздела светочувствительной поверхности выбранного фотоприемника линейки 2 до места положени точки на СЕегочувствительной поверхности зыбранкого фотоприемника, относительно которой происходит сканирование границы раздала интерференционных полосJ Знак напр жени рассогласовани опред зл ет направление перемещени , Напрюкение рассогласовани с выхода дифферекциапьного усилител 9 через высоковольтный усилитель 11 подаетс на вход исполнительного узла 75 которьЕ-: перемещает закрепленную на нем линейку 2 фотоприемников до тех пор5 пока центр границы раздела светочувствительной поверхности выбранного фотоприемника линейки 2 не совпадает с точKOHf относительно которой происходит сканирование границы раздела интерференционных полос, В момент, когда величина посто нной составл ющей измер емого сигнала совпадает с величиной напр жени подаваемого с первого вьпсода cyi шaтopa 5, напр жение рассогласовани становитс равным нулю и перемещение линейки 2 фотоприемников прекращаетс . Напр жение рассогласовани с выхода дифференциального усилител 9 поступает также на первый вход компаратора 12, где сравниваетс с веcurrently taken from the photodetector, with a voltage corresponding to the position of the operating point in the middle of the linear section of the transfer characteristic of the selected photodetector, allows you to more accurately adjust the center of the interface of the photosensitive surface of the selected photodetector line 2 to the place of scanning the interface border and eliminate the distortion of the signal taken from the output of this photo receiver when measuring small vibrations of an object, the amplitude of oscillations of which is not vshaet ve masks linear portion peredatoch hydrochloric characteristics of fotopri emnika. The comparison of the values of the indicated voltages and more accurate configuration of the selected photodetector to the place of scanning the interface of interference fringes is carried out by feedback consisting of the control unit 6 and the actuating unit 7, on which the line 2 of the photodetector is not moved. The signal from the output of block 4 of spatial selection of photodetectors is fed to the input of low-pass filter 8, from the output of which a constant component of the voltage signal is fed to the first input of the differential amplifier 9, to the second input of which voltage is supplied from the first output of the adder 5, the value which corresponds to the location of the working point in the middle of the linear portion of the transfer characteristic of the selected photodetector line 2. This value is (MO | K.C MKHj and cf- 1 where - is the number of photodetectors per one the interference band is dark or light; the number of photodetectors in line 2; the voltage value from the output of the photodetector located on the light band j; the voltage value from the output of the photodetector located on the dark polo. Because there are two bands (dark and light) equal to the widths and the number of photodetectors, which are equally flat on both bands, then when scanning the interface border of interference bands along a line of 2 photodetectors, the signals from the kx outputs change by the same amount in antiphase one another y, so that their sum is not changed and the value of U "knoy remains constant. in this case, it is assumed that the oscillations of the controlled object occur normally to the falling one. radiation to it, i.e. The width of the strip does not change during the measurement process. In the event that the scanning of the interface of interference fringes does not occur relative to the center of the interface of the photosensitive surface of the selected phototripj .jKKica line 2, but the output of the differential amplifier 9 is an error voltage that is directly proportional to the distance from the center of the photosensitive surface of the selected photodetector of ruler 2 to the position of the point on the CE-sensitive surface of the spurious photodetector relative to which The scanning of the boundary has distributed the interference fringes. The sign of the error voltage determines the direction of displacement. The error of the error from the output of differential amplifier 9 through the high-voltage amplifier 11 is fed to the input of the executive node 75 of which E-: moves the line of 2 photodetectors attached to it until the center of the interface the photosensitive surface of the selected photodetector ruler 2 does not coincide with the TOKHf point about which the interface is scanned At the moment when the value of the constant component of the measured signal coincides with the voltage supplied from the first output of the cyi screen 5, the error voltage becomes equal to zero and the displacement of the line 2 photodetectors stops. The error voltage from the output of the differential amplifier 9 is also fed to the first input of the comparator 12, where it is compared with

Claims

1. DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS, comprising a system for forming interference or moire bands, a line of photodetectors optically coupled to a system for forming interference or moire bands, sequentially connected to a spatial selection block of photodetectors and an indication unit, a control unit connected by an input to the output of the spatial selection block photodetectors, and an actuator assembly mechanically connected to a line of photodetectors connected to a spatial unit photodetector pickups, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurements, it is equipped with an adder, the control unit is equipped with second and third inputs, the adder inputs being connected to the outputs of the photodetector line, and its outputs respectively connected to the second and third inputs of the control unit, and the output of the control unit is connected to the actuator.

2. Device pop. 1, characterized in that the control unit is made in the form of a high-voltage amplifier, comparator, differential amplifier, switch and low-pass filter, the input of which is the first input of the control unit, the output is connected to the first input of the differential amplifier and to the information input of the switch , the second input of the differential amplifier is the second input of the control unit, the output is connected to the first inputs of the high-voltage amplifier and comparator, the second input of the comparator is connected to the third input of the control unit, the comparator output is connected to the control input of the switch and to the second input of the high voltage amplifier, the output of which is the output of the control unit.