61. Измерение неэлектрических и электрических величин с помощью ип. Преобразователь линейных перемещений на дифракционных решетках.
Принципиальная схема фотоэлектрического преобразователя на дифракционной решетке показана на рисунке 3.19. Свет от источника излучения 1 с помощью конденсора 2, образующего параллельный пучок лучей, направляется на оптический клин 3, который преломляет световой пучок.
Пройдя прозрачную дифракционную решетку 4, свет падает на отражательную решетку 5 и, отражаясь от нее, вновь проходит прозрачную решетку 4, попадает на клин 3 и идет параллельно оптической оси. С помощью четырех линз 6, приклеенных к клину 3, и призмы зеркала 7 световой поток разделяется на четыре части. В фокальной плоскости каждой линзы 6 находится фотоприемник 8. С каждой пары фотоприемников снимают два сигнала, сдвинутые один относительно другого по фазе на ± 90°, которые используются для определения направления движения.
При перемещении решетки 5, связанной с подвижной кареткой микроскопа, относительно прозрачной решетки 4, связанной с корпусом прибора, освещенность в плоскости фотоприемников 8 периодически изменяется, вызывая колебания тока. Преобразованный в импульсы ток поступает на восьмидекадный цифровой счетчик. Одна левая декада выделяется для знака «+» или «», три следующих декады для сотен, десятков и единиц миллиметров, четыре последние декады для десятых, сотых, тысячных и десятитысячных долей миллиметра.
62. Основные напрвления автоматизации приборов для измерения геометрических величин. Электронные уровни.
Электронные уровни предназначены для измерения малых углов, а также для измерения прямолинейности и плоскостности. Они выполняются с емкостными или индуктивными первичными преобразователями с цифровой и аналоговой индикацией результатов измерений.
При измерениях прямолинейности преобразователь устанавливается на основание микронивелира с соответствующим расстоянием между опорами. Чувствительным элементом преобразователя является пузырьковая ампула 1, на которой наклеены полоски фольги 4, образующие дифференциальный конденсатор. Ампула подвешена на торсионной пружине 8 и может изменять свое угловое положение относительно основания в отличие от обычного брускового уровня, где ампула закреплена неподвижно. На концах ампулы приклеены катушки 3, которые с постоянными магнитами 2, закрепленными на корпусе, образуют электромагнитную систему.
Емкости дифференциального конденсатора 4 подключены к катушкам индуктивности 5 и 6, образуя колебательные контуры, питаемые от генератора тока 7 частотой 5 МГц. Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) контуров идентичны и настроены таким образом, что частота генератора совпадает с одним из скатов АЧХ (сплошная кривая на рисунке 4.6). При равенстве емкостей дифференциального конденсатора, т.е. при симметричном расположении пузырька в ампуле, напряжения, снимаемые с катушек 5 и 6 равны (Uf).
При наклоне ампулы на некоторый угол пузырек перемещается вдоль ампулы, что вызывает изменение диэлектрической проницаемости и, следовательно, емкости одного конденсатора сторону увеличения, а другого в сторону уменьшения. При этом АЧХ контуров разойдутся (пунктирные линии на рисунке 4.6) и напряжения, снимаемые с катушек (Uf1 ,Uf2) перестанут быть равными. Напряжения Uf1 ,Uf2 поступают в амплитудные детекторы 9 и фильтры низкой частоты 10 , 11 (где выделяется огибающая электрического сигнала Uf1 ,Uf2), а затем в операционный усилитель (ОУ) 12. Выходной сигнал ОУ поступает в блок преобразователя, где усиливается усилителем мощности 16 и подается в катушки электромагнитных систем преобразователя, что приводит к возврату ампулы в состояние, близкое к исходному.
Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) контуров, входящих в состав электронного уровня "Микрад":
Рисунок 4.7 – Уровень «Микрад». Операции определения hi и yi
Таким образом, преобразователь работает как аналоговый прибор следящего уравновешивания с замкнутой структурной схемой. Для осуществления процесса уравновешивания использует разностная величина Δα = α - β, где α – угол наклона основания уровня; β – угол компенсации наклона ампулы, создаваемый моментом сил электромагнитной системы.