SU1539621A1

SU1539621A1 - Устройство управлени допплеровским модул тором мессбауэровского спектрометра

Info

Publication number: SU1539621A1
Application number: SU874344489A
Authority: SU
Inventors: Виктор Васильевич Куприянов
Original assignee: Институт Аналитического Приборостроения Научно-Технического Объединения Ан Ссср
Priority date: 1987-12-17
Filing date: 1987-12-17
Publication date: 1990-01-30

Abstract

Изобретение относитс к аппаратуре дл наблюдени дерного гамма-резонанса, а именно к устройствам управлени допплеровским модул тором мессбауэровского спектрометра. Целью изобретени вл етс увеличение точности отработки закона движени исполнительным механизмом допплеровского модул тора. Дл этого в устройстве управлени , содержащем задающий генератор, соединенный через блок сравнени , усилитель сигнала рассогласовани и усилитель мощности с исполнительным механизмом допплеровского модул тора, датчик скорости, при соединенный к второму входу блока сравнени , выполнен в виде лазерного интерферометра с подвижным отражателем и фотоэлектрическим преобразователем, соединенным с интегрирующим усилителем. Корпус интерферометра с расположенными внутри него оптическими элементами укреплен на исполнительном механизме, а подвижный отражатель выполнен в виде зеркала, соединенного с корпусом через упругий элемент и расположенного вдоль направл ющей перемещени исполнительного механизма. Использование оптического датчика скорости ликвидирует вли ние нелинейностей в зазоре катушек измерени скорости, вли ние внешних магнитных полей, взаимоиндукции, а также позвол ет снизить габариты вибратора. 5 ил.

Description

Изобретение относитс к аппаратуре дл наблюдени дерного гамма-резонанса , а именно к устройствам управлени допплеровским модул тором мессбауэровского спектрометра.

Цель изобретени - увеличение точности отработки закона движени .

На фиг. 1 показана структурна схема устройства на фиг. 2 - диаграмма сигнала U, задающего генератора от времени tj на фиг. 3 - диаграмма выходного сигнала U фотоэлектрического преобразовател ;на фиг.4 - диаграмма сигнала Un с интегрирующего усилител , на фиг. Ь - диаграмма сигнала рассогласовани U0.

Устройство управлени допплеровс- ким модул тором мессбауэровского спектрометра (фиг.I.) содержит Доп- плеровский модул тор 1, задающий ге

нератор 2, соединенный через блок 3 сравнени , усилитель-4 сигнала рассогласовани и усилитель 5 мощности с исполнительным механизмом допплерсв ского модул тора 1, включающего об- мотку 6 на каркасе 7, подключенную к выходу усилител 5 мощности и помещенную в цилиндрическое поле магнитной системы, содержащей посто н- ный цилиндрический магнит 8 и цилиндрические магнитопроводы 9, причем каркас 7 укреплен на штоке 10, св занном с корпусом модул тора 1 через упругие элементы 11 в виде плоских пружин, центрирующих подвижную часть исполнительного механизма относительно магнитной системы и корпуса доп- плеровского модул тора, датчик скорости , содержащий лазер 12, интерферометр 13, фотоэлектрический преобразователь 14 и интегрирующий усилитель 15, вход которого подключен к выходу фотоэлектрического преобразовател , а выход - к второму входу блока 3 сравнени . Корпус 16 интерферометра 13 укреплен на исполнительном механизме, например на штоке 10, в месте креплени к нему каркаса 7. В корпусе 16 интерферометра 13 размещены его оптические элементы, включающие оптический блок 17 разведени луча лазера и сведени интерферирующих лучей, неподвижный отражатель 18, отклон ющую призму 19. Подвижный отражатель 20 установлен так, что луч, падающий и отраженный от него , параллелен направлению перемещени исполнительного механизма, причем подвижный отражатель соединен с корпусом 16 через упругий элемент 21 Ход лучей в интерферометре показан стрелками.

Устройство работает следующим образом .

Задающий генератор 2 вырабатывает электрический аналог сигнала скорости (фиг. 2, зависимость U,(t)). Дл простоты понимани рассмотрен случай закона перемещени исполнительного механизма, обеспечивающего модул цию энергии гамма-излучени в режиме посто нного ускорени . Сигнал скорости U3(t) сравниваетс на блоке 3 сравнени с сигналом UH(t), поступаю щим на второй вход блока 3 сравнени с выхода интегрирующего усилител 15 (фиг. 4), представл ющим собой интеграл от выходного сигнала 11ф(1:)

5

0

Q 5

45

0 ,-с

0

5

0

(фиг.З) фотоэлектрического преобразовател 14, т.е. сигналом скорости, так как сигнал Urf,(t) вл етс сигналом ускорени исполнительного механизма . Разность сигналов U3(t) - - UM(t) U0(t) - сигнал рассогласовани - после усилени на усилителе

4и преобразовани в ток в усилителе

5мощности поступает как регулирующее воздействие на обмотку 6 исполнительного механизма.

Под действием активной силы F, возникающей вследствие протекани тока i через обмотку 6 исполнительного механизма, исполнительный механизм и укрепленный на нем корпус 16 интерферометра 13 привод тс в движение . Упругий элемент 21, через который подвижный отражатель 20 массой т0 св зан с корпусом интерферометра, деформируетс на некоторую величину L. В результате возникает сила упругости Рупр, завис ща от L, т.е. F упр f(L). Эта сила действует на подвижный отражатель 20, обеспечива его перемещение вместе с корпусом 16 интерферометра 13 и исполнительным механизмом. С другой стороны эта сила приложена к корпусу интерферометра и исполнительному механизму в противоположном направлении. Рассто ние между подвижным отражателем и оптическим блоком 17 разделени луча лазера и сведени интерферирующих лучей при перемещении подвижного отражател определ етс соотношением

(1) о

где L 9 - начальное рассто ние в

состо нии поко подвижного отражател

L - деформаци упругого элемента , т.е. раст жение или сжатие его,

v(t) - скорость перемещени подвижного отражател 20. Выходной сигнал фотоэлектрического преобразовател 14 может быть записан в виде

L0 + L j v(t) d t,

A,

,41

+ A cos

Ь

± ф I v(t)dt

(2)

где А0 - посто нна составл юща ,

пропорциональна сумме интенсив ностей интерферирующих лучей}

- амплитуда переменной составл ющей полезного сигналаj начальна разность фаз интерферирующих лучей в момент t 0; длина волны лазера.

Решение системы уравйений (6) водит к следующему выражению:

L + (1 + - HK.L + K,L) -a,

m m0 /

или в операторной форме:

Если подвижный отражатель 20 не движетс (v(t) 0), то сигнал с вы- 10 хода фотоэлектрического преобразовател 14 будет

А0 + A cos( ifo + if) , (3)

разность фаз интерферирующих лучей, обусловленна деформацией L упругого элемента 21, котора может быть определена из выражени

Lf- t Л- Т, Вследствие того, что перемещение подвижного отражател 20 вл етс функцией ускорени , то изменение разности фаз интерферирующих лучей также есть функци ускорени а:

± f (а) .

Можно сказать, что деформаци L упругого элемента 21, через который подвижный отражатель 20 св зан с корпусом интерферометра и исполнительным механизмом, пропорциональна активной силе F, действующей на исполнительный механизм. Пренебрега действием гравитационных сил, которые уравновешиваютс пружинной подвеской исполнительного механизма, запишем уравнение динамики движени корпуса интерферометра и исполнительного механизма общей массой m и подвижного отражател 20 массой т0 при действии активной силы F относительно неподвижного корпуса допплеровского модул тора 1:

тХ F - F

уПр 1

(6)

Flo Xa - FVnp i X 1 Х + L,

где X1S X Ј - смещение корпуса 16 интерферометра 13, подвижного отражател 20 со- ответственно. Сила упругости F ynp (К.,1, + ) ,

где К1 - коэффициент упругости-, К коэффициент в зкого трени .

L (P) W(P)-a

(3)

где W(P)

1

Р2 + (1 + 1)(к + к р)

m mQ T i

- передаточна функци . Уравнение (8) определ ет зависимость смещени подвижного отражател 20 от ускорени исполнительного механизма под действием активной„ силы F, то есть можно записать

20

) ± 4г а Л

(9)

25

30

35

40

45

50

55

Таким образом, выходной сигнал фотоэлектрического преобразовател 14 будет косинусной функцией ускорени . Дл обеспечени линейности выходного сигнала фотоэлектрического преобразовател от ускорени передаточную функцию W(P) подбирают такой, чтобы изменение разности фаз интерферирующих лучей в рабочем диапазоне измерений не превосходило + 31 или +0,05236 рад. При этом отклонени от линейности функции косинуса составл ет 0,01%. В этом случае градун- ровочна характеристика может быть представлена зависимостью

U Ка , (10)

причем Е f(/0) и при jg 90°, К 1 , что выполн етс путем юстировки неподвижного плеча (отражател 18) интерферометра.

Так как выходной сигнал U фотоэлектрического преобразовател 14 вл етс функцией ускорени исполнительного механизма, то выходной сигнал 11Ц с выхода интегрирующего усилител после компенсации посто нной составл ющей А0 и интегрировани будет функцией скорости.

В предлагаемом устройстве вли ние внешних магнитных полей, нелинейности пол в зазоре на точность отработки закона движени исполнительного механизма, а также взаимоиндукции между двигательной катушкой исполнительного механизма и датчиковой исключаетс . Так как интерферометр 13

укрепл етс на исполнительном механизме , а центры масс исполнительного механизма и подвилшого отражател 20 конструктивно могут быть расположены на одной координате по направлению движени исполнительного механизма, то фазовые искажени , св занные с рассогласованием координат и запаздыванием между током в двигательной катушке и напр жением с фотоэлектрического преобразовател 14, отсутствуют . При этом само рассогласование через упругий элемент 21 вл етс полезным сигналом, отражающим действие сил на исполнительный механизм.

Данное устройство за счет увеличени на пор док линейности датчика скорости на основе интерферометра по отношению к датчику скорости известного устройства позвол ет увеличить точность отработки закона движени исполнительного механизма на пор док. Кроме того, малые фазовые искажени между задающим сигналом и сигналом скорости дают возможность подн ть на пор док коэффициент усилени по петле обратной св зи, без потери устойчивости системы управлени , что также приводит к увеличению точности. Конст- рукци датчика скорости позвол ет упростить конструкцию допплеровского

5

0

5

модул тора и минимизировать его размеры .

Claims

Формула изобретени Устройство управлени допплеровс- ким модул тором мессбауэровского спектрометра, содержащее задающий генератор, соединенный через последовательно включенные блок сравнени , усилитель сигнала рассогласовани и усилитель мощности с исполнительным механизмом модул тора, включающий датчик скорости, соединенный с вторым входом блока сравнени , отличающеес тем, что, с целью увеличени точности отработки закона движени , датчик скорости выполнен в виде лазерного интерферометра с подвижным отражателем, корпус интерферометра с расположенными внутри него оптическими элементами укреплен на исполнительном механизме, причем подвижный отражатель соединен с корпусом интерферометра через упругий элемент и расположен так, что направление луча лазера падающего на него и отраженного, совпадает с направлением перемещени исполнительного механизма, при этом интерферометр оптически соединен с фотоэлектрическим преобразователем, соединенным через интегрирующий усилитель с вторым входом блока сравнени .

698

././ /

-//

фиг,1

Редактор А.Маковска

Фиг.5

Составитель В.Филиппов

Техред М.Ходанич Корректор Т.Палий

Заказ 212

Тираж 484

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. 4/5

Фиг. I

Фие.З

Фи.Ц

Подписное