Информационно-измерительное устройство линейных перемещений

Полезная модель относится к области информационно-измерительной техники и может быть использована для измерения линейных перемещений объектов в точном машиностроении, инженерной геодезии и других отраслях науки и техники.
Известно устройство для измерения линейных перемещений, (Гершгал В.Α., Фридман В.И. Ультразвуковая аппаратура промышленного назначения. М.: Энергия 1967, С. 249-253) содержащее последовательно соединенные генератор высокой частоты, излучатель ультразвука, механически перестраиваемую линию задержки и блок измерений.
Его недостатком является громоздкость и малое быстродействие.
В качестве прототипа принята система для измерения линейных перемещений (изобретение SU, №1174744, МПК G01 В 17/00, опубл. 23.08.85), содержащая последовательно соединенные генератор высокой частоты, ультразвуковой излучатель, акустооптическую линию задержки, демпфер, источник и приемник оптического излучения.
Недостатком данной системы является то, что она имеет недостаточную точность измерения перемещений контролируемого объекта и ограниченные функциональные возможности.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в создании нового устройства для измерения линейных перемещений с достижением следующего технического результата в: повышение точности измерения линейных перемещений объектов.
Поставленная задача решается тем, что в информационно-измерительном устройстве линейных перемещений, содержащем последовательно соединенные генератор высокой частоты, ультразвуковой излучатель, акустооптическую линию задержки, демпфер, источник и приемник оптического излучения, в отличие от прототипа, в качестве источника и приемника оптического излучения использованы лазерный диод и фотодиод, ориентированные под углом Брэгга к оси, перпендикулярной направлению перемещения, выход фотодиода соединен со входом микроконтроллера, содержащего микропроцессор, коммутатор, усилитель и аналого-цифровой преобразователь, при этом один из выходов микроконтроллера подключен к жидкокристаллическому индикатору, а другой выход микроконтроллера подключен к генератору для подачи управляющего сигнала, при этом работой микроконтроллера управляет клавиатура, подключенная к его входу.
На фигуре показана функциональная схема информационно-измерительного устройства линейных перемещений.
Информационно-измерительное устройство линейных перемещений содержит генератор 1 высокой частоты; пьезоизлучатель 2 ультразвуковых волн; акустооптическую линию задержки в виде пластины 3; демпфер 4, который поглощает ультразвуковые волны и не позволяет им отразиться от торца пластины и вернуться обратно; лазерный диод 5; фотодиод 6; микроконтроллер 7, содержащий микропроцессор (для обработки сигнала), коммутатор, усилитель и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) (не показаны), жидкокристаллический индикатор 8; клавиатуру 9 управления микроконтроллером 7; подвижный элемент 10, предназначенный для механического соединения пластины 3 с подвижным объектом 11, положение которого контролируется.
Β
Устройство работает следующим образом. Генератор 1 высокой частоты возбуждает пьезоизлучатель 2 ультразвуковых волн, ультразвуковая волна высокой частоты распространяется в акустооптической пластине 3, в которой создаются периодические неоднородности среды. Ультразвуковая волна достигает края пластины и поглощается демпфером 4, который не позволяет волне отразиться от края пластины 3 и вернуться обратно, что привело бы к погрешности измерений. Луч света, создаваемый лазерным диодом 5 и падающий под углом к оси у, перпендикулярной направлению перемещения, проходит через акустооптическую пластину 3 в направлении продолжения своего падения (показано пунктирными линиями на фигуре) при всех углах. И только при определенном угле, присущим для каждого акусто-оптического материала и называемым углом Брэгга θ, при этом при дифракции в режиме Брэгга практически весь падающий свет отражается и попадает на фотодиод 6. С выхода фотодиода 6 электронный сигнал поступает на микроконтроллер 7, содержащий микропроцессор (для обработки сигнала), коммутатор, усилитель и аналого-цифровой преобразователь. В микроконтроллере 7 происходит обработка сигнала по заданным алгоритмам, обеспечивающим снижение погрешности измерений, и выходной сигнал микроконтроллера выводится на жидкокристаллический индикатор 8, который отображает результат измерения перемещения в цифровом виде.
Повышение точности измерений достигается за счет отклонения практически всего падающего света на принимающий фотодиод 6, что приводит к повышению соотношения величин полезного сигнала и помех, а также за счет математической обработки сигнала в микроконтроллере 7 алгоритмами, позволяющими снизить влияние дополнительных погрешностей от колебаний температуры окружающей среды, изменения интенсивности света от источника излучения и др.