SU998856A2

SU998856A2 - Optical pickup of displacements

Info

Publication number: SU998856A2
Application number: SU803218955A
Authority: SU
Inventors: Эрнст Дмитриевич Панков; Петр Петрович Кузьмин; Андрей Емельянович Городецкий; Юрий Петрович Фарафонов
Original assignee: Ленинградский Институт Точной Механики И Оптики; Ленинградский Институт Водного Транспорта; Ленинградский технологический институт целлюлозно-бумажной промышленности
Priority date: 1980-12-15
Filing date: 1980-12-15
Publication date: 1983-02-23

Description

Изобретение относитс к измери ,тельной технике и может быть использовано дл определени линейных перемещений и вибраций объектов, в частности биений вращающихс валов.The invention relates to measuring, tailing technique and can be used to determine linear displacements and vibrations of objects, in particular, the beats of rotating shafts.

По основному авт.св. 926530 изBefeTeH оптический датчик перемещений, содержащий осветитель, светочувствительный преобраз;ователь и растр, расположённый между осветителем и преобразователем, отражательную голограмму линзы по ходу луча между осветителем и растром, за растром : установлен проекционный элемент светочувствительный преобразователь выполнен в виде двух фотоприемников, включенных выходом на входы формирователей импульсов, один выход кото рых включен на входы моста сравнени , а второй - на анализатор гармоник, между проекционным элементом и фотоприемником размещены коррекционные элементы , электрически св занные, с мостом сравнени , фотоприемники расположены на пр мой, перпендикул рной лини м растра и проход щей через оптическую ось голограммы линзы на рассто нии р от оптической оси равномAccording to the main auth. 926530 of BefeTeH optical displacement sensor containing an illuminator, a photosensitive transducer, a ram and a raster located between the illuminator and a transducer, a reflective lens hologram along the beam between the illuminator and the raster, behind the raster: a projection element of the photosensitive transducer is made in the form of two photodetectors connected by an output the inputs of pulse shapers, one output of which is connected to the inputs of the comparison bridge, and the second to the harmonic analyzer, between the projection element and the photodetector nickname has correction elements are electrically associated with comparing bridge photodetectors arranged in a straight, perpendicular lines of the raster and passing through the optical axis of the hologram lens at a distance r from the optical axis equal to

г - g -

где а - шаг растра;where a is the raster step;

V - целые числа fl.V - integers fl.

Недостатком устройства вл етс невозможность и спользовани датчика в случа х, когда нет доступа к торцу вала, биение которого требуетс измерить, но имеетс доступ к образующим указанного вала.The disadvantage of the device is the impossibility and use of the sensor in cases when there is no access to the shaft end, the runout of which is required to be measured, but there is access to the generators of the specified shaft.

Целью изобретени вл етс изме10 рение перемещений объектов, наход -;щихс в труднодоступных местах.The aim of the invention is to measure the movements of objects located in hard-to-reach places.

Цель достигаетс тем, что оптический датчик перемещений снабжен фрикционно св зываемым с контроли15 руемым объектом прижимным роликом, диаметр которого не кратен диаметру контролируемого вала, полупрозрачным зеркалом, установленным между отражательной голограммой линзы и раст20 ров, дополнительным растром, уста-, новленным в ходе излучени между полупрозрачным зеркалом и проекцион; ным элементом с возможностью перемещени в плоскости растра ортогональ25 но направлению его штрихов, интегратором , делителем и индикатором, Последовательно подключ енными к выходу анализатора гармоник, нереверсивным счетчиком, вход которого под30 ключен к выходу моста сравнени .The goal is achieved by the fact that the optical displacement sensor is equipped with a frictionally coupled pressure roller, the diameter of which is not a multiple of the diameter of the shaft being monitored, a semitransparent mirror installed between the reflection hologram of the lens and raster, an additional raster installed during radiation between translucent mirror and projection; element in the raster plane orthogonal to the direction of its strokes, an integrator, a divider and an indicator connected in series to the output of the harmonic analyzer with a non-reversible counter whose input is connected to the output of the reference bridge.

а выход - к второму входу интегратора , и эадатчиком времени измерени , подключенным к вторым входам нереверсивного счетчика и делител , а отражательна голограмма линзы устаиовлена на торце прижимного ролика.and the output is connected to the second input of the integrator, and an measuring time sensor connected to the second inputs of the irreversible counter and a divider, and the reflective lens hologram is located at the end of the pressure roller.

На чертеже приведена принципиальна схема оптического .датчика neper мещений.The drawing shows a schematic diagram of an optical sensor for neper-rooms.

Оптический датчик перемещений содержит осветитель 1, отражательную голограмму 2 линзы, растр 3 и дополнительный 4, проекционный элемент 5, два фотоприемника 6 и 7, установленные на пр мых, перпендикул рных лини м растров 3, 4 и проход щих через оптические оси голограммы 2 линзы нарассто нии ( iCv/2T) а, где ашаг растра, V -.целое число, два фор мировател 8- и 9 импульсов, входы которых св заны с выходами фотоприемников 6 и 7, анализатор 10 гармоник , входы которого соединены с выходами формирователей 8 и 9 импульсов , мост 11 сравнени на входы которого подаютс сигналы с вторых формирователей В и 9 импульсов, коррекционные элементы 12 и 13 электрически св занные с мостом 11 сравнени , интегратор 14, делитель 15 и , индикатор 16, последовательно включч ченные на выход анализатора 10 гармоник , нереверсивный счетчик 17, включенный на выход моста 11 сравнени , при этом на вторые входы нереверсивного счетчика 17 и делител 15 подключен задатчик 18 времени измерени .°The optical displacement sensor comprises an illuminator 1, a reflective hologram 2 lenses, a raster 3 and an additional 4, a projection element 5, two photodetectors 6 and 7 mounted on the straight, perpendicular lines of the rasters 3, 4 and passing through the optical axes of the hologram 2 lenses (iCv / 2T) a, where raster step, V is an integer, two formers of 8 and 9 pulses, the inputs of which are connected to the outputs of photodetectors 6 and 7, an analyzer of 10 harmonics, the inputs of which are connected to the outputs of the formers 8 and 9 pulses, bridge 11 compared to the inputs of which signals from the second driver B and 9 pulses are given, correction elements 12 and 13 are electrically connected to the comparison bridge 11, the integrator 14, the divider 15 and, the indicator 16 are switched on in series at the output of the harmonic analyzer 10, the non-reversible counter 17 connected to the bridge output 11 comparisons, wherein the measurement time setter 18 is connected to the second inputs of the non-reversible counter 17 and the divider 15. °

Голограмма 2 жестко за:креплена на оси ролика 19, фрикционно св занного с контролируемым валом 20, с помощью пружинного устройства 21. Дл разделени каналов фотоприемки .ков 6 и 7 между голограммой 2 и аствром 3 установлено полупрозрачное зеркало 22. Перпендикул рно нал правлени м опти-ческих осей полупрозрачного зеркала 22 установлены растры 3 и 4, штрихи которых расположены в пространстве таким образом, чтобы по отношению к оптическим ос м иметь различное начальное положение, отличающеес .на угол, не кратный 180 Между растром 4 и проекционным элементом 5 последовательно установлены зеркала 23-25. В каналах растров 3 и 4 установлены также проекционные элементы 26 и 27, соответственноHologram 2 is rigidly attached: fixed on the axis of the roller 19, which is frictionally connected to the monitored shaft 20, by means of a spring device 21. A semitransparent mirror 22 is installed between the hologram 2 and Astron 3 to divide the photo-receiving channels 6 and 7 optical axes of the translucent mirror 22 are installed rasters 3 and 4, the strokes of which are arranged in space in such a way that with respect to the optical axes they have a different initial position, which differs by an angle not a multiple of 180 Between the raster 4 and the projection lementom 5 installed sequentially mirrors 23-25. In the channels of rasters 3 and 4, projection elements 26 and 27 are also installed, respectively

Возможность перемещени растра 4 предусмотрена с целью настройки прибора.The possibility of moving the raster 4 is provided for the purpose of setting up the device.

Датчик работает следующим образом .The sensor works as follows.

Осветитель 1, подсвечивает отража тельную голограмму 2 линзы. При оптическом сопр жении голограммы 2 и линейного растра 3 с помощью прЪекционного элемента 26 и отсутствии виброперемещёний контролируемого вала 20 при его вращении образуетс изображение двух зонных решеток Френел , которые проекционным элементом 5 с увеличением 1-х перенос тс в плоскость фотоприемников б и 7. Фазы .зонных решеток сдвинуты относительно друг друга на угол, не равный 180 , что приводит к освещению центThe lighter 1 illuminates the reflective hologram 2 lenses. With the optical interface of the hologram 2 and the linear raster 3 with the aid of the injection element 26 and the absence of the vibration-displaced controlled shaft 20, during its rotation, an image of two Fresnel zone gratings are formed, which are projected by the projection element 5 with the increase of 1x to the photodetectors b and 7. Phases .zone gratings are shifted relative to each other by an angle not equal to 180, which leads to cent lighting

0 ра одной решетки, тогда как в центре другой решетки засветка отсутствует.There is no flare in the center of the other grating.

При наличии виброперемещений, т.е. смещении голограммы 2 и линейного растра 3 в направлении, перпендикул рном лини м растра 3 измен етс Фаза зонных решеток и происходит их поперечное смещение. С помощью полупрозрачного зеркала 22 и проекционного элемента 27 достигаетс сопр жение голограммы 2 и растра 4, которое элементами 23, 24, 25 и 5 переноситс в плоскости-приемника 7.In the presence of vibration displacement, i.e. the displacement of the hologram 2 and the linear raster 3 in the direction perpendicular to the line of the pattern of 3 changes the phase of the zone gratings and their transverse displacement occurs. Using a translucent mirror 22 and a projection element 27, a conjugation of the hologram 2 and the raster 4 is achieved, which is carried by the elements 23, 24, 25 and 5 in the plane of the receiver 7.

Информационным параметром, по которому суд т о величине и знакеInformation parameter by which the judge of the magnitude and sign

5 перемещени ролика 19, вл етс количество смен фаз, при этом это количество смен преобразуетс в частоту выходного сигнала анализатора 10 гармоник.5, the movement of roller 19 is the number of phase changes, and this number is converted to the frequency of the output signal of the analyzer 10 harmonics.

Обработка сигналов фотоприемников б и 7 дл получени информации о смещени х вал.а 20 осуществл етс с помощью двух формирователей 8 и 9, импульсов, содержащих частотные фильтры , сигналы с которых подаютс на анализатор 10 гармоник, переменна составл юща выходного сигнала которого по частоте пропорциональна величине смещени ролика 19. Знак смещени определ етс с помощью моста 11 сравнени , куда поступают после формирователей 8 и 9 импульсов высокочастотные, составл ющие сигна-г: лов фотоприемников б и 7.Photodetectors signals B and 7 are processed to obtain information about the offsets of the shaft. A 20 is carried out with the help of two formers 8 and 9, pulses containing frequency filters, the signals from which are fed to the harmonic analyzer 10, the frequency component of which is proportional to the displacement of the roller 19. The sign of the displacement is determined by the comparison bridge 11, which receives high-frequency impulses after the formers 8 and 9, which are the components of the signal g: photo sensors b and 7.

Низкочастотна составл юща выходного сигнала моста 11 сравнени используетс дл компенсации поперечного смещени изображений зонных решеток Френел относительно фотоприемников б и 7. Это достигаетс с помощью двух коррекционных элементов 12 и 13, которые управл ютс выходным сигналом моста 11 сравнени . Коррекционные элементы 12 и 13 могут .быть выполнены, например, в видеThe low-frequency component of the output signal of the comparison bridge 11 is used to compensate for the transverse displacement of the Fresnel zone arrays relative to the photodetectors b and 7. This is achieved by using two correction elements 12 and 13, which are controlled by the output signal of the comparison bridge 11. Correction elements 12 and 13 can be., For example, in the form

г -поворачивающихс зеркал, установлен ных в ходе пучков, при этом разворот зеркала осуществл етс на углы-, пропорциональные выходному сигналу моста 11 сравнени , например, с помощью электромагнитных катушек.r-rotating mirrors installed during the beams, while the mirror is rotated by angles proportional to the output signal of the comparison bridge 11, for example, by means of electromagnetic coils.

Дл получени информации о сме щении контролируемого вала 20, сигналы с анализатора 10 гармоник подаютс на интегратор 14 и далее на делитель 15 и индикатор 16, ас моста To obtain information on the displacement of the monitored shaft 20, the signals from the harmonic analyzer 10 are fed to the integrator 14 and further to the divider 15 and the indicator 16, and the bridge

5 11 сравнени на нереверсивный счет5 11 comparisons on irreversible score

Claims

Claim

Optical Motion Sensor No. 926530, about l and chaga shch and th with the fact that; in order to measure the displacements of objects located in hard-to-reach places, it is equipped with a clamping roller friction-linked to the controlled object, the diameter of which is not a multiple of the diameter of the controlled shaft, a translucent Mirror mounted • between the reflective hologram and the raster, an additional raster installed during the radiation between a translucent mirror and a projection element with the ability to move in the plane of the raster orthogonal to the direction of its strokes, integrator, divider and indicator, p therefore connected to the output of harmonics analyzer irreversible counter having an input connected to the output of the comparison of the bridge, while the output - to the second input of the integrator, and · measuring the time setter connected. to the second inputs of the non-reversible counter and divider, and the reflective hologram of the lens is mounted on the end of the pinch roller.