ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована, в частности, при вибрационных испытаниях для измерения, например, амплитуды колебаний и/или перемещения объекта при развороте, обусловленном вибрацией.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является оптоэлектронное устройство для измерения линейных перемещений объекта, включающее источник излучения, коллиматор и установленные по ходу светового луча последовательно щелевую диафрагму, фокусирующую линзу, точечную диафрагму и фотоприемник. Устройство содержит светоделитель, расположенный по ходу луча за коллиматором и предназначенный для отделения второго светового луча, и последовательно установленные по ходу второго светового луча отражающее зеркало, вторую щелевую диафрагму, вторую фокусирующую линзу, вторую точечную диафрагму и второй фотоприемник. Устройство снабжено сумматором, демодулятором, блоком дифференцирования в виде соединенных параллельно полосового фильтра и фильтра нижних частот, блоком коррекции, регистратором, вторым фильтром нижних частот и генератором. Демодулятор первым входом соединен с выходом первого фотоприемника, вторым входом - с генератором, а выходом с блоком дифференцирования, который через блок коррекции соединен со вторым входом регистратора. Генератор подключен к источнику излучения. Первый и второй входы сумматора подключены к выходам фотоприемников, а выход - с входом второго фильтра нижних частот,
выход которого соединен со вторым входом регистратора, (см. Патент RU №2042109, МПК6 G 01 В 21/00, опубл. 20.08.1995 г.).
Недостатком известного устройства является то, что при развороте колеблющейся лопатки меняется постоянная составляющая сигнала, подаваемая на блок коррекции. Это приводит к возникновению погрешности измерений амплитуды колебаний исследуемого объекта даже при неизменной мощности излучателя и постоянном коэффициенте пропускания оптического тракта.
При использовании предлагаемой полезной модели достигается технический результат, заключающийся в снижении погрешности измерений амплитуды колебаний объекта измерения.
Технический результат достигается тем, что оптоэлектронное устройство для измерения линейных перемещений объекта, включающее источник излучения, коллиматор, щелевую диафрагму, фокусирующую линзу, точечную диафрагму, фотоприемник, демодулятор, генератор, фильтр нижних частот, полосовой фильтр, блок коррекции и регистратор, в котором источник излучения, коллиматор, щелевая диафрагма, фокусирующая линза, точечная диафрагма и фотоприемник установлены последовательно, первый вход демодулятора соединен с выходом фотоприемника, а второй - с генератором, который соединен с источником излучения, выход демодулятора соединен со входами фильтров нижних частот и полосового, выход последнего соединен с первым входом блока коррекции, выход которого соединен с первым входом регистратора, согласно полезной модели устройство снабжено фильтром верхних частот, блоком выделения максимальных значений верхних частот и дополнительным блоком коррекции, при этом вход фильтра верхних частот соединен с выходом демодулятора, а выход - со входом блока выделения максимальных значений верхних частот, выход которого соединен со вторым входом блока коррекции и вторым входом дополнительного блока
коррекции, первый вход последнего соединен с выходом полосового фильтра, а выход - со вторым входом регистратора.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема предлагаемого устройства.
Устройство состоит из источника излучения 1 и установленных последовательно по ходу светового луча коллиматора 2, щелевой диафрагмы 3, фокусирующей линзы 4, точечной диафрагмы 5 и фотоприемника 6. Устройство снабжено демодулятором 7, генератором 8, фильтром нижних частот 9, полосовым фильтром 10, фильтром верхних частот 11, блоком коррекции 12, дополнительным блоком коррекции 13, блоком выделения максимальных значений верхних частот 14 и регистратором 15.
Первый вход демодулятора 7 соединен с выходом фотоприемника 6, а второй - с генератором 8, который соединен с источником излучения 1.
Выход демодулятора 7 соединен со входами фильтров нижних частот 9, полосового фильтра 10 и фильтра верхних частот 11.
Выход фильтра нижних частот 9 соединен с первым входом блока коррекции 12, выход которого соединен с первым входом регистратора 15.
Выход полосового фильтра 10 соединен с первым входом дополнительного блока коррекции 13, выход которого соединен со вторым входом регистратора 15.
Выход фильтра верхних частот 11 соединен со входом блока выделения максимальных значений верхних частот 14, выход которого соединен со вторыми входами блока коррекции 12 и дополнительного блока коррекции 13.
Объект измерения 16 расположен между коллиматором 2 и щелевой диафрагмой 3.
Устройство работает следующим образом.
Источником излучения 1 и коллиматором 2 формируется параллельный световой поток, часть которого перекрывается колеблющимся объектом измерения 16. Не перекрытая часть светового потока излучения проходит через щелевую диафрагму 3, фокусирующую линзу 4 и точечную диафрагму 5, позволяющую уменьшить падающий на фотоприемник 6 фоновый поток излучения. С выхода фотоприемника 6 сигнал подается на демодулятор 7, на второй вход которого подается сигнал с генератора 8, с помощью которого обеспечивается модуляция амплитуды мощности источника излучения.
0
0
0
с
При синусоидальной амплитудной модуляции мощности источника излучения с частотой ωР=Рsin(ωt) и гармонических колебаниях объекта измерения 16 с амплитудой χ и частотой  Ωχ=χsin( Ωt), где ω≫ Ω световой поток Ф, падающий на фотоприемник 6, определяется выражением:
где η - коэффициент светопередачи;
1
K - коэффициент пропорциональности.
В результате этого получают сигнал фотоприемника 6 по формуле
∫
где S - чувствительность фотоприемника 6.
С выхода демодулятора 7 сигнал имеет вид:
2
3
∫
с
∫
0
К, К - коэффициенты пропорциональности, который поступает на полосовой фильтр 10, фильтр нижних частот 9 и фильтр верхних частот 11. Сигнал содержит постоянную составляющую, пропорциональную η, S, Ф, которая выделяется фильтром нижних частот 9, полезную составляющую с частотой  Ω, пропорциональную η, S, Р, которая выделяется полосовым фильтром 10 и высокочастотные
составляющие с частотой ω, 2ω, которые выделяются фильтром верхних частот 11.
С выхода фильтра верхних частот 11 сигнал с изменением коэффициента пропускания оптического тракта и мощности излучения меняется точно так же, как и постоянная составляющая сигнала, несущая информацию о положении (линейных размерах), и переменная составляющая, содержащая информацию о колебаниях объекта измерения 16. Сигнал с выхода фильтра верхних частот 11 поступает на блок выделения максимальных значений верхних частот 14, выпрямляется и полученная величина используется для коррекции сигналов на выходах фильтра нижних частот 9 и полосового фильтра 10.
∫
0
Блок коррекции 12 и дополнительный блок коррекции 13 соответственно, могут быть выполнены в виде делителей, тогда сигнал с фильтра нижних частот 9 поступает на вход блока коррекции 12 сигнал с полосового фильтра 10 поступает на первый вход дополнительного блока коррекции 13, сигнал с блока выделения максимальных значений верхних частот 14 поступает на вторые входы блока коррекции 12 и дополнительного блока коррекции 13 соответственно. При этом на выходе формируется полезный сигнал с частотой  Ω, который описывает колебания (перемещение) объекта измерения 16, а множители η, S, P, определяющие погрешность результатов измерения, сокращаются и выходной сигнал не зависит от коэффициента передачи оптической системы, мощности источника излучения 1 и чувствительности фотоприемника 7.
Таким образом устройство позволяет регистрировать на регистраторе 15 изменения величины сигнала, вызванные как обычным перемещением объекта измерения 16, так и изменением амплитуды его колебаний, вызванных разрушением объекта измерения 16 при вибрационных испытаниях.
Источник излучения 1 может быть выполнен в виде инфракрасного светодиода или полупроводникового лазера, а в качестве блоков коррекции могут быть использованы аналоговые перемножители К525ПС2.