Интерферентен метод за измерване на ъгъла на въртене на обект
Изобретението се отнася до апаратура, а именно до дистанционно управление на положението на обекти. Предложеният метод решава проблема с измерването на ъгъла на завъртане чрез генериране на електрически сигнали с различни честоти, които зависят от големината на измерените ъгли. При метода референтният и измервателният рефлектор, свързани с контролирания обект, се осветяват едновременно с монохроматичен колимиран радиационен лъч. Регистрирайте разпределението на интензитетите в интерферентната картина, образувана от лъчите, отразени от еталонния и измервателния рефлектор. Интерферентният модел се преобразува в поредица от правоъгълни импулси. Измерете честотата на повторение на пулса. Ъгълът на завъртане се определя от зависимостта: = kf, където f е честотата на импулса, k е постоянен коефициент. Методът подобрява точността на измерване на ъгъла на завъртане на обекта. 2 болен.
Изобретението се отнася до контролно-измервателна техника, а именно до интерферентни методи за дистанционно управление и измерване на пространственото положение на части от различни машини, механизми и конструкции в машиностроенето, строителството, самолето- и корабостроенето, както и в други области на метрологичната и измервателната техника.
Нулев индикатор за известни смущения (гониометър). [A.M. Ванюрихин и др. Анализ на влиянието на грешките при производството на призмата на Kesters върху точността на нулевата индикация, OMP, 1981, N 11, стр. 1], състояща се от източник на светлина, колиматор, две диафрагми, призма на Kesters, огледало, монтирано върху обект, чието ъглово положение се контролира, и приемник на радиация.
Методът за измерване на ъгъла на въртене се основава на факта, че светлинният поток на източника на лъчение е разделен от призма на два кохерентни потока, които, отразени от огледалото,са подравнени чрез призма и пречат.
Фотодетекторът измерва интегралната стойност на енергията на интерфериращите потоци, която се използва за оценка на ъгъла на завъртане на огледалото (обекта).
Недостатъкът на този метод е ниската точност на измерване на ъгъла на въртене (ъгълът се определя от големината на сигнала, който се влияе от режима на работа на източника на излъчване, колебанията в захранващото напрежение, промените в пропускливостта).
Известен интерференчен метод за измерване на ъгъла на въртене на обекта, най-близък до предложеното изобретение по техническа същност и избран като прототип. [ТЯХ. Колцов и др.Интерферентно устройство за регистриране на нулева позиция. Измервателна техника, 1985, N 3, стр. 29].
Съгласно този метод монохроматичен колимиран лъчев лъч се насочва към кубична призма с полупрозрачно покритие върху лицето на хипотенузата и пълно огледално покритие върху една от страничните повърхности.
Светлинният лъч от източника преминава през призмата-куб и, отразен от рефлектора, свързан с обекта, чиято позиция се контролира и неговата полупрозрачна лицева хипотенуза, образува измервателен лъч. Част от светлината от източника, отразена от лицевата страна на хипотенузата на призмата-куб и нейното огледално лице, образува референтен лъч. Лъчите се намесват, образувайки последователност от тъмни и светли ивици. Периодът на интерференционната картина се определя от дължината на вълната на излъчвателя и ъгъла между измервателния и еталонния лъч.
При ъгли на въртене на обекта, близки до нула, периодът на шаблона се доближава до ширината на апертурата и в същото време амплитудата на сигнала на фотодетектора се увеличава, т.е. стойността на контролирания ъгъл се определя от амплитудата на сигнала на фотодетектора, което влияе върху точността на измерване на ъгъла на въртене на обекта.
Заявеният методрешава проблема за измерване на ъгъла на въртене на контролиран обект с висока точност.
Този проблем се решава чрез генериране на електрически сигнали с различни честоти, свързани с пропорционална връзка със стойностите на измерените ъгли.
Посоченият технически резултат се постига благодарение на факта, че при интерферентния метод за измерване на ъгъла на въртене на обекта, референтният и измервателният рефлектор, свързани с контролирания обект, се осветяват едновременно с монохроматичен колимиран лъч от излъчване, разпределението на интензитета в интерферентната картина, образувана от лъчите, отразени от еталонните и измервателните рефлектори, се записва, преобразува се в последователност от правоъгълни импулси, тяхната честота е измерен, а желаният ъгъл на въртене на обекта се определя от връзката: = kf, където f е честотата на импулсите, k е постоянен коефициент, зависещ от параметрите на интерферометърната верига.
Параметрите на образуваната интерферентна картина, а именно нейният период или стъпката на интерферентните ивици, зависят от ъгъла на завъртане на обекта. Колкото по-голям е ъгълът на завъртане, толкова по-кратък е периодът, т.е. честотата на повторение на електрическите сигнали се увеличава, следователно честотата на повторение на сигналите е пропорционално свързана с измерения ъгъл на въртене на обекта.
По този начин измереният ъгъл не зависи от амплитудата на сигнала, а зависи само от разстоянието на лентата (честота), което ще остане постоянно за дадена стойност на ъгъла, дори ако стойността на сигнала се промени (например, поради флуктуации в потока на излъчвателя).
Изобретателският метод може да се реализира чрез устройство, чиято блокова схема е показана на фигура 1. Фигура 2 показва диаграма на генерираните сигнали.
Устройството, което прилага метода, се състои от източник на монохроматиченрадиация 1 и последователно разположени по радиацията на колиматора 2, разделителя на лъча 3, еталонния 4 и измервателния рефлектор 5, лещата 6 и многоелементния фотодетектор 7, чийто вход е свързан към изхода на блока за управление 8, изходът на фотодетектора е свързан към входа на компаратора на напрежение 9, чийто изход е свързан към първия вход на блока за забавяне 10 и към първият вход на логическия елемент ИЛИ 11, чийто втори вход е свързан към изхода на блока за забавяне, изходът на елемента ИЛИ е свързан към входа на честотомера 12, а изходът на блока за управление 8 е свързан към втория вход на блока за забавяне 10.
Методът на интерференция за измерване на ъгъла на въртене на обект се извършва по следния начин.
Монохроматичен колимиран радиационен лъч на източника 1 едновременно осветява референтния рефлектор 4 и измервателния рефлектор 5, свързани с контролирания обект.
Многоелементният фотодетектор 7, ориентиран перпендикулярно на ръба на клина (двустенен ъгъл), регистрира интерферентната картина, образувана от лъчите, отразени от референтния 4 и измервателни рефлектори 5, фотоелектрически го преобразува в изходния синусоидален сигнал на фотодетектора, който се подава към компаратора на напрежение 9 и се преобразува в последователност от правоъгълни импулси.
От изхода на компаратора на напрежение 9 импулсите се подават към първия вход на блока за забавяне на импулсите 10 за цял брой периоди на повторение, за да се запълни паузата, образувана по време на интервала на натрупване на радиационния фотодетектор.
От изхода на компаратора 9 импулсите се подават към първия вход на логическия елемент ИЛИ 11, а от изхода на блока за забавяне 10 към втория вход на ИЛИ елемента 11, докато на изхода на ИЛИ елемента 11 непрекъсната последователност от правоъгълниимпулси, чиято честота на повторение е пропорционална на (малкия) ъгъл на клин в интерферометъра, тъй като разстоянието на интерферентните ивици е пропорционално на малкия ъгъл. Честотата, пропорционална на ъгъла, се измерва от честотометър 12. Работата на устройството се осигурява от блока за управление 8.
Като конкретен пример за устройство, с което може да се реализира заявеният метод, се предлага устройство, състоящо се от източник на монохроматично лъчение, изпълнен под формата на HeNe лазер; колиматор под формата на телескопично приспособление [V.A. Иванов, В.Е. Привалов. Използването на лазери. СПб., Политехника, 1993, стр. 12]; разделител на лъча под формата на призма-куб [Наръчник на дизайнера на OMP, L .: Машиностроение, 1980, стр. 188]; рефлектори 4.5 под формата на плоски огледала [Наръчник дизайнер OMP. Л.: Машиностроение, 1980, с. 169]; леща под формата на двукомпонентна залепена леща [Наръчник на дизайнера на OMP, L .: Машиностроение, 1980, стр. 231]; многоелементен фотодетектор под формата на CCD линийка [G.G. Ишанин и др.. Източници и приемници на радиация. СПб., Политехника, 1991, стр. 187]; компаратор на напрежение, описан в [G.N. Грязин. Оптоелектронни системи за космическо изследване. Л.: Машиностроение, 1988, с. 112]; блок за забавяне, описан в [Handbook. Телевизионна технология. Москва: Радио и съобщения, 19, стр. 312]; логически елемент под формата на стандартен елемент [M.A. Ахметов. Цифрови устройства OEP. Логически елементи и тригери. Новосибирск, НИИГАИК, стр. 11]; стандартен честотомер и контролен блок, описани в [Наръчник. Телевизионна технология. Москва: Радио и съобщения, 19, стр. 312].
Метод за смущения за измерване на ъгъла на въртене на обект, който се състои в това, че референтният и измервателен рефлектор, свързан с контролирания обектедновременно осветен с монохроматичен колимиран лъч лъчение, се записва интерференчна картина, образувана от лъчи, отразени от еталонни и измервателни рефлектори, и се преобразува фотоелектрически в електрически сигнал, характеризиращ се с това, че електрическият сигнал се формира под формата на последователност от правоъгълни импулси, тяхната честота се измерва и желаният ъгъл на въртене на обекта се определя от съотношението = kf, където f е честотата на варива; k е постоянен фактор.