SU614319A1

SU614319A1 - Photoelectric device for measuring displacements automatically

Info

Publication number: SU614319A1
Application number: SU762366810A
Authority: SU
Inventors: Олег Афанасьевич Хайнацкий
Original assignee: Предприятие П/Я Х-5827
Priority date: 1976-06-01
Filing date: 1976-06-01
Publication date: 1978-07-05

Description

ходом прео азовател угол-напр жение .the angle of the preamplifier action.

На чертеже приведена блок-схема описываемого устройства.The drawing shows the block diagram of the described device.

Устройство содержит оптическую систему 1, фотоэлектрический блок 2, бло 3 управлени исполнительным двигателем 4, редуктор 5, преобразователь угол-напр жение 6, блок 7 формировани выходного сигнала; блок 8 сравнени и согласующий элемент 9, присоединенный между фотоэлектрическим блоком и первым входом блока сравнени .The device comprises an optical system 1, a photovoltaic unit 2, a unit 3 controlling an executive motor 4, a reducer 5, a voltage-to-voltage converter 6, an output signal generating unit 7; a comparison unit 8 and a matching element 9 connected between the photovoltaic block and the first input of the comparison block.

Вал исполнительного двигател 4 ки нематически св зан через редуктор 5 с анализатором 10 Оптической системы 1 и с входом преобразовател угол-нап р жение 6. Первый выход преобразовател б подсоединен к первому входу блока 7 формировани выходного сигнала , к второму входу которого подключен выход блока 8 сравнени .The shaft of the executive motor 4 is kinetically connected through a gearbox 5 to the analyzer 10 of the optical system 1 and to the input of the angle-voltage converter 6. The first output of the converter b is connected to the first input of the output signal generating unit 7, to the second input of which the output of the 8 is connected compare.

Оптическа система 1 содержит анализатор 10I выполненный, например, в виде светоделительной призмы с прозрачной фаской, источник 11 излучени , объектив 12, контролируе1 «ый элемент 13 в виде зеркала или отргокаквдей призмы , которыйустановлен на измер емом аалу, а фотоэлектрический блок 2 выполнен , например, в виде двух фотоприемников 14 и 15, подключенных к вычитающему устройству 16.Optical system 1 contains an analyzer 10I made, for example, in the form of a beam-splitting prism with a transparent face, a radiation source 11, a lens 12, a controllable element 13 in the form of a mirror or projectile prism mounted on the measured aerial, and the photovoltaic unit 2 is made, for example , in the form of two photodetectors 14 and 15, connected to the subtractive device 16.

Преобразователь угол-напр жение содержит последовательно соединенные генератор 17 импульсов, двоичный счетчик-делитель 18 частоты, согласуквдий усилитель 19 и электромеханический фазовращатель 20, выход которого вл етс первым выходом преобразовател угол-напр жение 6.The angle-voltage converter contains a series-connected pulse generator 17, a binary counter-frequency divider 18, a matching amplifier 19, and an electromechanical phase shifter 20, the output of which is the first output of the angle-voltage converter 6.

Кроме того, преобразователь 6 содержит преобразователь код-напр жение 21, разр днйе входы которого подсоеди ены к Соответствуговдим разр дным выходам двоичного счетчика 18, а выход вл етс вторьм выходом преобразовател угол-напр жение б, который подклпочен через согласующий элемент 22 к второму входу блока 8 сравнени .In addition, the converter 6 contains a code-voltage converter 21, the discharge inputs of which are connected to the corresponding discharge outputs of the binary counter 18, and the output is the second output of the angle-voltage converter b, which is connected via matching element 22 to the second input block 8 comparison.

Устройство работает следуквдим образом .The device works in the following way.

Световой поток от источника излучени 11 через прозрачную фаску анализатора 10 и объектив 12 передаетс на контролируемый элемент 13. В согласованном положении, например при некотрром начальном установившемс угловом положении измер емого вала, автоколлимационное изображение фаски СветоделитеЛьной призмы совпадает с нулевой линией анализатора 10 и световые потоки Ф1 и Ф2 на отражающих гран х призмы ангшизатора равны другThe light flux from the radiation source 11 through the transparent chamfer of the analyzer 10 and the lens 12 is transmitted to the monitored element 13. In the coordinated position, for example, when the initial steady-state angular position of the measured shaft is set, the autocollimation image of the chamfer of the Separator Prism coincides with the zero line of the analyzer 10 and the light fluxes F1 and F2 on the reflecting edges of the angler of an angshizator are equal

другу, в этом случае выходные сигналы фотоприемников 14 и 15, пропорциональные световым потокам Ф1 и Ф2, рав ны, и сигнал, соответствутадий разности токов фотоприемников на выходе вычитанндего элемента 16, равен нулю. Исполнительный двигатель не вращаетс При этом измерение углового положени анализатора 10, соответствующего уставовившемус положению контролируемого элемента 13, осуществл етс при посредстве электромеханического фазовращател 20, ротор которого кинематически св зан, с анализатором и которыйTo a friend, in this case, the output signals of the photodetectors 14 and 15, proportional to the light fluxes F1 and F2, are equal, and the signal corresponding to the difference of the currents of the photoreceivers at the output of the subtracting element 16 is zero. The executive motor does not rotate. In this case, the measurement of the angular position of the analyzer 10 corresponding to the set position of the element 13 being monitored is carried out by means of an electromechanical phase shifter 20, the rotor of which is kinematically connected, with the analyzer

преобразует угловое положение анализатора в соответствующий фазовый сдвиг напр жени на Г выходе преобразовател угол-напр жение б. Отсчет фазох-ого сдвига сигнала фазовращател ,converts the angular position of the analyzer into the corresponding phase shift of the voltage at the output of the angle-to-voltage converter b. Counting the phase shift of the phase shifter signal,

подаваемого на I вход блока 7 формировани выходного сигнала, осуществл етс относительно опорного импульдного сигнала, вырабатываемого на выходе блока В сравнени , подаваемого на Д вход блока 7. В блоке сравнени происходио сравнивание выходного напр жени фотоэлектрического блока 2 и периодического пилообразного напр жени , симметричного относительно нул и формируемого на выходе преобразовател кoднапр жение 21.supplied to the input I of the output signal shaping unit 7, is relative to the reference pulse signal generated at the output of the comparison unit B supplied to the D input of the unit 7. In the comparison unit, the output voltage of the photovoltaic unit 2 and the periodic sawtooth voltage symmetrical relative to zero and output converter 21.

Этот преобразователь управл етс выходнь кодом двоичного счетчика 18, который периодически измен етс с частотой , равной частоте 1 опорного напр жени , подаваемого через согласующий усилитель 19 на вход фазовращател 20. Двоичный счетчик подключен к выходу задающего генератора 17, частота импульсов на выходе которогоThis converter controls the output code of the binary counter 18, which periodically changes with a frequency equal to the frequency 1 of the reference voltage supplied through the matching amplifier 19 to the input of the phase shifter 20. The binary counter is connected to the output of the master oscillator 17, the pulse frequency at the output

равна 2 fдд. На входе преобразовател код-напр жение 21 формируетс пилообразное ступенчатое напр жение с частотой д„ , которое поступает через согласующий элемент 22 и разделительную емкость на вход блока сравнени в виде сглаженного пилообразного напр жени .equals 2 fdd. At the input of the converter, the code-voltage 21, a sawtooth step voltage is formed with a frequency df, which flows through the matching element 22 and the separation capacitance to the input of the comparator unit in the form of a smoothed sawtooth voltage.

При нулевом выходном сигнале фотоэлектрического блока 2 на выходе блока 8 сравнени формируютс импульсы в моменты перехода пилообразного напр жени через нулевой потенциал.At a zero output of the photovoltaic unit 2, pulses are generated at the output of the comparison unit 8 at the instants of transition of the saw-tooth voltage across a zero potential.

.В результате выходной сигнал бЛока 7 будет определ тьс только величиной фазового сдвига выходного напр жени фазовргица тел 20, а следовательно , будет соответствовать угловому положению контролируемого элемента 13 при неподвижном положении измер емогоAs a result, the output signal of the block 7 will be determined only by the phase shift value of the output voltage of the phase switch of the bodies 20 and, therefore, will correspond to the angular position of the monitored element 13 when the measured position is fixed

вала, т.е. при согласованном положений автоколлимационного изображени фаски и нулевой линии анализатора. В динамике , т.е. при перемещении контролируемого элемента 13 относительно исходного установившегос положени автоколлимационное изображение фаски светоделительной призмы анализатора 10 смещаетс относительно нулевой линии анализатора, в результате чего на выходе фотоэлектрического блока 2 возникает сигнал рассогласовани , пропорциональный разности световых потоков Ф.1 и Ф2 на отрсьжаккцих гран х призмы анализатора.shaft, i.e. with consistent positions of the autocollimation image of the chamfer and the zero line of the analyzer. In dynamics, i.e. when the monitored element 13 is moved relative to the initial stationary position, the autocollimation image of the chamfer of the analyzer 10 is shifted relative to the zero line of the analyzer, resulting in a mismatch signal at the output of the photovoltaic block 2 proportional to the difference between the light fluxes F.1 and F2 on the analyzer prism faces.

Под действием сигнала рассогласовани исполнительный двигатель 4 поворачивает анализатор 10 в положение нулевого рассогласовани , а также и ротор фазоврёодател 20, который следит с некоторой смлибкой за перемещением контролируемого элемента 13.Under the action of the mismatch signal, the executive motor 4 turns the analyzer 10 to the zero mismatch position, as well as the rotor of the phase detector 20, which monitors the movement of the element 13 being monitored.

Этот же сигнал рассогласовани поступает также и на вход блока 8 сравнени , на выходе которого в момент равенства указанного сигнала и пилообразного напр жени возникает импульс, сдвинутый по фазе относительно момента прохождени через нуль пилообразного напр жени на величину, соответсвующую текущему значению отклонени автоколлимационного изображени фаски относительно нулевой линии анализатора .The same error signal also arrives at the input of the comparator unit 8, at the output of which, at the moment of equality of the specified signal and sawtooth voltage, a pulse is generated that is phase shifted from the sawtooth voltage through zero to a value corresponding to the current chamfer deviation value of the autocollimation image zero line analyzer.

При равенстве масштабов фазовых Сдвигов сигналов фазовращател 20 и блока 8 сравнени , что обеспечиваетс за счет согласующих элементов 9 и 22, результирующий сдвиг по фазе будет . представл ть собой алгебраическую фум му фазового сдвига, соответствукадегЪ углрвому положению вала фазовращател , и фазового сдвига, соответствующего текуще гу значению отклонени автоколлимационного изображени фаски относительно нулевой линии анализатора .If the phase shifts of the signals of the phase shifter 20 and the comparison unit 8 are equal, which is ensured by the matching elements 9 and 22, the resulting phase shift will be. represent the algebraic form of the phase shift, corresponding to the angular position of the shaft of the phase shifter, and the phase shift corresponding to the current value of the deviation of the autocollimation image of the chamfer relative to the zero line of the analyzer.

(Следовательно, в динамике, т.е. в процессе, отработки сигнала рассогласовани , результирующий сигнал на выход блока 7 формировани полезного сигнала будет соответствовать мгновенному значению углового положени вала контролируемого элемента 13.(Consequently, in dynamics, i.e., in the process of testing the error signal, the resulting signal at the output of the useful signal generation unit 7 will correspond to the instantaneous value of the angular position of the shaft of the monitored element 13.

При этом погрешности след щего привода (люфт Е)вдуктора, момент инерции подвижных элементов привода, трение в опорных подшипниках И т.д.) не будут оказывать вли ни на динамические характеристики устройства.In this case, the errors of the follower drive (backlash E) of the inductor, the moment of inertia of the moving elements of the drive, friction in the bearings, etc.) will not affect the dynamic characteristics of the device.

Claims

1. A photovoltaic device for automatically measuring displacements comprising an optical system, an executive motor, the shaft of which is kinematically connected with an analyzer of the optical system; a photovoltaic unit, to the output of which the engine control unit is connected; Angle-voltage transducer, the input of which is kinematically connected with the shaft of the executive engine, and the output forming unit

The signal to the first input of which the first output of the angle-to-voltage converter is connected, characterized in that, in order to reduce the dynamic measurement error, it is equipped with a comparison unit, one of the inputs of which is connected to the output of the photoelectric block, the second input to the second output of the converter angle - voltage, and output; to the second input of the forming unit

output signal.

.

2. The device according to claim 1, wherein; that the angle-to-voltage converter is designed as a series-connected pulse generator, a binary counter, and

an electromechanical phase shifter, the output of which is the first output voltage-to-voltage converter, and a code-voltage converter,

The 40 bit inputs of which are connected to the corresponding bit outputs of the binary counter, and the output is the second output of the angle-voltage converter.

4E Sources of information taken into account in the examination:

1. USSR author's certificate 402733, cl. In 11/26, 1972.. 2. USSR author's certificate

5o | 433454, cl. 05 D 1/00, 1973.

R