Способ измерения линейного перемещения объекта и устройство для его осуществления

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНОГ О ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТА(54) И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Научно-исследовательское И проектно-технологическое республиканское унитарное предприятие Институт НИПТИС (ВУ)(72) Авторы Данилевский Леонид Николаевич Данилевский Сергей Леонидович Зайцев Александр Иванович Таурогинский Бронислав Иванович (ВУ)(73) Патентообладатель Научно-исследовательское и проектно-технологическое республиканское унитарное предприятие Институт НИПТИС (ВУ)1. Способ измерения линейного перемещения объекта, включающий направление сформированного светового пучка на связанный с объектом отражающий элемент, регистрацию отраженного светового излучения, преобразование его в электрический сигнал и определение величины перемещения в соответствии с измеренными значениями указанного сигнала, отличающийся тем, что используют отражающий элемент, средний коэффициент отражения 1 которого изменяется в зависимости от координаты х в направлении перемещения объекта по формулесветовой пучок формируют в виде прямой линии постоянной толщины, перпендикулярной направлению перемещения объекта, измеряют амплитуды электрического сигнала 1101) и 1102) в Моменты времени Ц и 2 соответственно, а величину перемещения (1 определяют по формуле2. Устройство для измерения линейного перемещения объекта, содержащее связанный с объектом отражающий элемент, источник света, формирователь светового пучка и регистрирующий блок, отличающееся тем, что отражающий элемент выполнен с изменением среднего коэффициента отражения 1 в зависимости от координаты х в направлении перемещения объекта по формулеК Кодах, где 1 о и ос - константы,а формирователь светового пучка выполнен с возможностью его формирования в виде прямой линии постоянной толщины, перпендикулярной направлению перемещения объекта.Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения перемещений, и может быть использовано в различных областях, в том числе в строительстве, для измерения деформаций строительных конструкций, деформационных характеристик грунтов, параметров вибраций.Известен способ измерения перемещений путем освещения объекта пучком когерентного света, приема рассеянного света и обработки сигналов по схеме классического интерферометра 1, 2. Однако метод достаточно сложен, может быть использован при измерении относительно небольщих перемещений и не позволяет выполнять измерения в реальном масщтабе времени, например, при определении траектории или изменяющихся координат объекта.Известен способ измерения перемещений, заключающийся в том, что с объектом связывают отражающий элемент в виде вогнутого сферического зеркала, облучении объекта пучком света, приеме отраженного отражателем света З. Способ может быть использован для измерения только малых перемещений, а точность измерений существенно зависит от качества изготовления поверхности отражателя.Наиболее близким к заявляемому является способ измерения перемещений, заключающийся в том, что с объектом связывают отражающий элемент, направляют на него пучок света, принимают отраженное излучение, по которому судят о величине перемещения объекта 4.Известное устройство для измерения перемещений объекта содержит отражающий элемент, связанный с объектом, источник когерентного света, регистрирующий блок, на который падает отраженный от отражателя луч 4.Способ может быть использован только для определения малых перемещений. При этом точность определения перемещений определяется щириной отраженного луча и невысока, к тому же величина измеренного перемещения зависит от расстояния до объекта.Предлагаемое изобретение направлено на расщирение диапазона и повыщение точности измерения перемещений.Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения перемещений, заключающемся в том, что с объектом связывают отражающий элемент, направляют на него пучок света, принимают отраженное излучение, коэффициент отражения 1 элемента изменяют в направлении перемещения по формуле1 Кое-ш, (1) где 1 о и ос - константы х - координата точки отражающего элемента в направлении движения объекта, пучок света растягивают в прямую линию постоянной толщины, перпен 2дикулярную направлению движения, И преобразуют отраженное излучение в электрический сигнал, измеряют его амплитуды 1101) и 1102) в Моменты времени п, г соответственно и по измеренным значениям определяют величину (1 перемещения по формулеПоставленная цель достигается тем, что в устройстве для осуществления способа измерения перемещения объекта, содержащем отражающий элемент, связанный с объектом,источник света и регистрирующий блок, отражающий элемент выполнен в виде световозвращающей поверхности, покрытой поглощающим свет слоем, например, в виде точек черной краски, так что среднее значение коэффициента отражения в направлении движения объекта изменяется по формуле1 Кое, (3) а на пути освещающего пучка установлен формирователь пучка в виде прямой линии постоянной толщины, например цилиндрическая линза.На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа. Способ измерения перемещения объекта осуществляется следующим образом.На объекте закрепляется отражающий элемент, коэффициент отражения которого изменяется в направлении движения объекта по законуОтражающий элемент освещается пучком света в виде прямой линии постоянной толщины и перпендикулярной направлению движения, а отраженный сигнал воспринимается регистрирующим устройством. Измеряется амплитуда сигнала на выходе регистрирующего устройства, равная величинеЩИ) По 1 о 1(г)6 щ (б) где По - коэффициент, пропорциональный величине излучаемого светового сигнала 1(г) коэффициент, учитывающий расстояние от источника света до отражающего элемента.При перемещении объекта на величину (1 в направлении, перпендикулярном световой линии, амплитуда сигнала на выходе регистрирующего устройства станет равной величинеНа поко 1 ге. (7) ВСЛИЧИНЗ ПСРСМСЩСНИЯ ОПРСДЗЛЯСТСЯ ПО ф 0 рМуЛС 2 с 1 (1/ос) 1 п(П(г 2) / 001. (8)Таким образом, выбранный закон изменения коэффициента отражения позволяет устранить влияние расстояния до объекта на величину измеряемого перемещения. Диапазон измеряемого перемещения ограничивается только размерами отражающего элемента.Выбор пучка света в виде прямой линии постоянной толщины позволяет усреднить возможную неоднородность коэффициента отражения по отражающему элементу и повь 1 сить точность измерений.Устройство (фиг. 1) содержит отражающий элемент 1, вид которого представлен на фиг. 2, связанный с объектом 2, источник света 3, формирователь пучка 4 и регистрирующий блок 5.Отражающий элемент (фиг. 2) выполнен в виде световозвращающей поверхности, покрытой поглощающим свет слоем. В качестве световозвращающей поверхности может быть использована пленка, например, типа Ы Ьас 1 у 11311 7000 или 1 Н 11 а 11 е 4305, отражающая пучок света в направлении, противоположном направлению падения пучка. Выбор такого отражающего элемента позволяет повысить энергию принятого сигнала и повысить точность измерений.Среднее значение оптической плотности отражающего элемента по линии, перпендикулярной направлению движения, задается, например, количеством светопоглощающих черных точек, нанесенных на световозвращающую поверхность.Устройство работает следующим образом. Пучок света от источника 3 проходит через формирователь 4 светового пучка и падает на отражающий элемент 1, установленный надвижущемся объекте 2. Световое излучение с линии падения пучка возвращается на блок 5 приема И регистрации, установленный вблизи источника света. Блок (фиг. 3) вь 1 полнен из последовательно установленных фотоприемника 1, усилителя 2, аналого-цифрового преобразователя 3, цифровой сигнал с выхода которого поступает на блок 4 вычисления перемещений и индикации результата, в качестве которого может быть выбрана ПЭВМ, где по формуле (8) производится вычисление значения перемещения объекта.Таким образом, предложенный способ и устройство позволяют определить линейное перемещение объекта, причем диапазон измеряемого перемещения ограничивается только размерами отражающего элемента. Предложенное техническое рещение обеспечивает высокую точность измерения и независимость результата измерения от расстояния до объекта.Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.