устройство для измерения угловых перемещений объекта

Формула изобретения

Устройство для измерения угловых перемещений объекта, содержащее излучатель, модулятор, первый, второй и третий фотоприемники, первый, второй и третий формирователи, входы которых соединены с выходами соответствующих фотоприемников, первую и вторую цилиндрические линзы, ключ, счетчик, первый и второй триггеры, индикатор и дешифратор, при этом излучатель выполнен в виде лазера, оптически связанного через первую цилиндрическую линзу с модулятором, выполненным в виде сегмента с перфорированной информационной дорожкой, прозрачным участком начала отсчета и прозрачным участком знака, оптически связанными через вторую цилиндрическую линзу с входом соответствующих фотоприемников, выход первого формирователя соединен с последовательно соединенными ключом, счетчиком и индикатором, выход второго формирователя соединен с управляющим входом счетчика и первыми входами первого и второго триггеров, выходы которых соединены соответственно с управляющим входом ключа и знаковым входом индикатора, выход третьего формирователя соединен с вторым входом второго триггера, выход счетчика связан через дешифратор с вторым входом первого триггера, отличающееся тем, что введены сдвиговый регистр, элемент И-НЕ, генератор импульсов, элемент И, второй счетчик, первый делитель, второй индикатор, задатчик постоянной величины, умножитель, второй делитель, третий индикатор, причем выход ключа соединен с входом сдвигового регистра, первый и второй выход которого соединен с первым и вторым входами элемента И соответственно непосредственно и через элемент И-НЕ, третий вход элемента И соединен с выходом генератора импульсов, выход элемента И соединен через счетчик одновременно с первым входом первого делителя и первым и вторым входами умножителя, выход которого соединен со вторым входом второго делителя, первый вход которого соединен с выходом задатчика постоянной величины, выход которого одновременно соединен со вторым входом первого делителя, выход которого соединен с входом второго индикатора, выход второго делителя соединен с входом третьего индикатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для тарировки и измерения углов поворота, а также угловой скорости и ускорения.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения угловых перемещений объекта, содержащее излучатель, модулятор, первый, второй и третий фотоприемники, первый, второй и третий формирователи, входы которых соединены с выходами соответствующих фотоприемников, первую и вторую цилиндрические линзы, ключ, счетчик, первый и второй триггеры, индикатор и дешифратор, излучатель выполнен в виде лазера, оптически связанного через первую цилиндрическую линзу с модулятором, выполненным в виде сегмента с перфорированной информационной дорожкой, прозрачным участком начала отсчета и прозрачным участком знака, оптически связанными через вторую цилиндрическую линзу с входом соответствующих фотоприемников, выход первого формирователя соединен с последовательно соединенными ключом, счетчиком и индикатором, выход второго формирователя соединен с управляющим входом счетчика и первыми входами первого и второго триггеров, выходы которых соединены соответственно с управляющим входом ключа и знаковым входом индикатора, выход третьего формирователя соединен с вторым входом второго триггера, выход счетчика связан через дешифратор с вторым входом первого триггера (Авторское свидетельство СССР №1441199, кл. G01В 21/00).

Недостатком данного устройства является невозможность измерения угловой скорости и ускорения.

Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения возможности измерения наряду с угловыми перемещениями и направлением движения объекта также угловой скорости и ускорения.

Данная цель достигается устройством для измерения угловых перемещений объекта, содержащим излучатель, модулятор, первый, второй и третий фотоприемники, первый, второй и третий формирователи, входы которых соединены с выходами соответствующих фотоприемников, первую и вторую цилиндрические линзы, ключ, счетчик, первый и второй триггеры, индикатор и дешифратор, излучатель выполнен в виде лазера, оптически связанного через первую цилиндрическую линзу с модулятором, выполненным в виде сегмента с перфорированной информационной дорожкой, прозрачным участком начала отсчета и прозрачным участком знака, оптически связанными через вторую цилиндрическую линзу с входом соответствующих фотоприемников, выход первого формирователя соединен с последовательно соединенными ключом, счетчиком и индикатором, выход второго формирователя соединен с управляющим входом счетчика и первыми входами первого и второго триггеров, выходы которых соединены соответственно с управляющим входом ключа и знаковым входом индикатора, выход третьего формирователя соединен с вторым входом второго триггера, выход счетчика связан через дешифратор с вторым входом первого триггера, дополнительно введены сдвиговый регистр, элемент И-НЕ, генератор импульсов, элемент И, второй счетчик, первый делитель, второй индикатор, задатчик постоянной величины, умножитель, второй делитель, третий индикатор, причем выход ключа соединен с входом сдвигового регистра, первый и второй выход которого соединен с первым и вторым входами элемента И соответственно непосредственно и через элемент И-НЕ, третий вход элемента И соединен с выходом генератора импульсов, выход элемента И соединен через счетчик одновременно с первым входом первого делителя и первым и вторым входом умножителя, выход которого соединен со вторым входом второго делителя, первый вход которого соединен с выходом задатчика постоянной величины, выход которого одновременно соединен со вторым входом первого делителя, выход которого соединен с входом второго индикатора, выход второго делителя соединен с входом третьего индикатора.

Существенными отличительными признаками устройства являются сдвиговый регистр, элемент И-НЕ, генератор импульсов, элемент И, второй счетчик, первый делитель, второй индикатор, задатчик постоянной величины, умножитель, второй делитель, третий индикатор и новые связи между элементами устройства.

Использование всех новых признаков в совокупности с известными, расширит область применения за счет измерения наряду с угловыми перемещением и направлением движения объекта, также угловой скорости и ускорения его движения.

На фиг.1 представлена схема предложенного устройства; на фиг.2 - вид А на фиг.1.

Устройство содержит лазер 1, первую цилиндрическую линзу 2, модулятор 3, вторую цилиндрическую линзу 4, первый 5, второй 6 и третий 7 фотоприемники, первый 8, второй 9 и третий 10 формирователи, ключ 11, первый счетчик 12, первый индикатор 13, первый 14 и второй 15 триггеры, дешифратор 16, сдвиговый регистр 17, элемент И-НЕ 18, генератор импульсов 19, элемент И 20, второй счетчик 21, первый делитель 22, второй индикатор 23, задатчик 24 постоянной величины, умножитель 25, второй делитель 26, третий индикатор 27. Модулятор 3 содержит перфорированную информационную дорожку 28, прозрачный участок 29 нулевого положения, прозрачный участок 30 знака - струбцину 31, винты 32, предназначенные для крепления модулятора 3 к объекту 33. Дорожка 28 оптически соединена с фотоприемником 5, прозрачный участок 29 - с фотоприемником 6, прозрачный участок 30 - с фотоприемником 7.

Лазер 1 оптически связан через цилиндрическую линзу 2 с модулятором 3, первый, второй и третий выходы модулятора 3 через цилиндрическую линзу 4 оптически связаны с входами фотоприемников 5, 6, 7 соответственно. Выходы фотоприемников 5, 6, 7 соединены с входами формирователей 8, 9, 10 соответственно. Выход формирователя 8 соединен с последовательно соединенными ключом 11, счетчиком 12 и индикатором 13, выход формирователя 9 соединен с управляющим входом счетчика 12 и первыми входами триггеров 14, 15, выходы которых соединены соответственно с управляющим входом ключа 11 и знаковым входом индикатора 13, выход формирователя 10 соединен со вторым входом триггера 15, выход счетчика 12 связан через дешифратор 16 с вторым входом триггера 14, причем выход ключа 11 соединен с входом сдвигового регистра 17, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входом элемента И 20 непосредственно и соответственно через элемент И-НЕ 18, третий вход элемента И 20 соединен с выходом генератора 19 импульсов, выход элемента И 20 соединен через второй счетчик 21 одновременно с первым входом первого делителя 22 и первым, и вторым входами умножителя 25, выход которого соединен со вторым входом второго 26 делителя, первый вход которого соединен с выходом задатчика 24 постоянной величины, выход которого одновременно соединен со вторым входом первого 22 делителя, выход которого соединен с входом второго 23 индикатора, выход второго делителя 26 соединен с входом третьего 27 индикатора.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерений объект 33 устанавливается в нулевое положение. При этом модулятор 3 устанавливается на объект 33 так, чтобы центр его кривизны совместился с осью вращения объекта 33, а луч лазера 1, сфокусированный цилиндрической линзой 2 на модулятор 3, осветил прозрачный участок 25, который служит для определения нулевого положения объекта 33. Свет, проходя прозрачный участок 29, собирается цилиндрической линзой 4 в параллельный пучок и освещает фотоприемник 6, сигнал с которого поступает на формирователь 9. Последний формирует пороговый уровень, с помощью которого обнуляются счетчик 12, триггеры 14, 15. При этом индикатор 13 фиксирует нулевое положение объекта 33. При отклонении объекта от нулевого положения фотоприемник 5, оптически соединенный с дорожкой 28, формирует периодический сигнал, так как на дорожке 28 расположена периодическая последовательность прозрачных и непрозрачных участков. При этом минимальный угол, который может измерить устройство, равен

где 4х - шаг между прозрачными участками на дорожке 28;

R - радиус сегмента диска.

Формирователь 8 формирует из этого сигнала периодическую последовательность импульсов. Импульсы проходят через открытый ключ 11 на вход счетчика 12.

Количество импульсов, которые подсчитает счетчик 12, равно

где _руля - угол поворота объекта.

Сформированный на выходе счетчика 12 код поступает на индикатор 13, на световом табло которого фиксирует результат измерения.

При отклонении объекта 33 в другую сторону луч освещает участок 30, оптически соединенный с фотоприемником 7, сигнал с которого через компаратор 10 поступает на триггер 15, который срабатывает и подает сигнал на индикатор 13, на котором загорается лампочка, свидетельствующая о движении объекта в другую сторону. При достижении максимального значения угла происходит срабатывания дешифратора 16 и формирование импульса, по которому срабатывает триггер 14 и ключ 11 закрывается. Это необходимо для того, чтобы при возвращении руля в нулевое положение счетчик 12 не подсчитывал импульсы. Когда объект 33 вернется в исходное положение, срабатывает фотоприемник 6 и формирователь 9, который обнулит счетчик 12 и триггеры 14, 15.

Для определения угловой скорости и ускорения сигнал с выхода ключа 11 поступает на вход сдвигового регистра 17, с первого и второго выходов которого сигнал поступает на первый и второй входы элемента И 20 соответственно непосредственно и через элемент И-НЕ 18, на третий вход элемента И 20 сигнал поступает с выхода генератора 19 импульсов.

С выхода элемента И 20 сигнал поступает через второй счетчик 21 одновременно на первый вход первого 22 делителя и первый и второй входы умножителя 25, с выхода которого сигнал поступает на второй вход второго 26 делителя, на первый вход которого поступает сигнал с выхода задатчика 24 постоянной величины, с выхода задатчика 24 постоянной величины сигнал одновременно поступает на второй вход первого 22 делителя, с выхода которого сигнал поступает на вход второго 23 индикатора, с выхода второго 26 делителя сигнал поступает на вход третьего 27 индикатора.

Таким образом, устройство позволяет измерять одновременно с угловым перемещением и направлением движения объекта также его угловую скорость и ускорение перемещения.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1441199, кл. G01В 21/00 (прототип).