Пристрій для вимірювання параметрів обертових об’єктів

Пристрій для вимірювання температури та частоти обертових об'єктів, що містить оптично з'єднані між собою джерело монохроматичного світла, термоперетворювач, виконаний у вигляді плоскопаралельної пластинки з термочутливого двозаломлюючого кристала, на одну зі сторін якого напилена відбиваюча дзеркальна прокладка, закріплена на обертовому об'єкті, причому її центр суміщений з віссю обертання об'єкта, першу і другу фокусувальні лінзи, фазову пластинку, аналізатор, світлофільтр, діафрагму, поляризатор, перший та другий нерухомі фотоприймачі випромінювання, вихід другого фотоприймача під'єднаний через другий операційний підсилювач, другий згладжувальний фільтр до входу другого формувача прямокутних імпульсів, вихід якого з'єднаний з першими входами першої і другої ключових схем та з молодшим адресним входом першого блока пам'яті, вихід якого через перший і другий суматор, перетворювач "код-код" з'єднані з блоком індикації, вихід з першого фотоприймача через перший операційний підсилювач, перший згладжувальний фільтр, перший формувач прямокутних імпульсів з'єднані з входом скиду RSтригера безпосередньо, а з входом встановлення в "1" через перший інвертор, прямий та інверсні виходи RS-тригера через першу і другу диферен 2 (19) 1 3 Винахід належить до вимірювальної техніки і може бути використаний для безпровідного дистанційного вимірювання параметрів фізичних величин, а саме температури та частоти обертових об'єктів в умовах дії сильних електромагнітних полів, дистанційних системах, а також при вимірюванні температури об'єктів, що знаходяться під високим електричним потенціалом. Відомий пристрій для вимірювання температури, що складається: з джерела монохроматичного паралельного світла, напівпрозорого дзеркала, встановленого між давачем і джерелом монохроматичного випромінювання під кутом 45° до оптичної осі, давача (кристала), що обертається на валу, дзеркальної прокладки, напиленої на поверхні двозаломлюючого кристала, поляризатора, фокусувальної лінзи, розміщеної між поляризатором і аналізатором, приймача випромінювання, частотоміра, згладжувального фільтра, аналогового реверсивного лічильника синусоїдальних імпульсів, пристрою відліку, при цьому послідовно розміщені: джерело монохроматичного паралельного світла, по ходу променів якого розміщений давач (плоскопаралельна пластинка), на одну із сторін плоскопаралельної пластинки двозаломлюючого кристала напилена відбиваюча дзеркальна поверхня, закріплена на обертовому об'єкті, при цьому центр давача суміщений з віссю обертання об'єкта, напівпрозоре дзеркало встановлене між давачем і джерелом монохроматичного випромінювання під кутом 45° до його оптичної осі, фокусувальної лінзи, розміщеної між поляризатором і нерухомим приймачем випромінювання, один з виходів якого під'єднаний з частотоміром, а другий - з входом згладжуючого фільтра, вихід якого з'єднаний з входом лічильника імпульсів, при цьому відліковий пристрій встановлений по ходу відбивання від напівпрозорого дзеркала променя, а його оптична вісь співпадає з нормаллю до напівпрозорого дзеркала. [Авторське свідоцтво 909591 (СРСР) МПК G01K 13/08, G01P 3/36, G01Н 1/04, Устройство для измерения параметров вращающихся объектов, температури, скорости и радиальних биений Н.А. Романюк. A.M. Костецкий. В.М. Габа. - Опубл. Б.И. № 8. 28.02.1982]. Однак, даний пристрій не забезпечує вимірювання частоти обертання, якщо значення температури буде визначатися в інтерференційному мінімумі, то сигнал на виході фотоприймача відсутній і частотомір не може вимірювати частоту обертання об’єкта, по шкалі температури також існують "мертві зони" та неможливість вимірювання температури у разі швидкої циклічної зміни температури, тому що на вході аналогового реверсивного лічильника синусоїдальних імпульсів немає інформації про зростання чи спадання температури та відсутній цифровий відлік. Точність даного пристрою невисока, низька надійність. Найбільш близьким по технічній суті і досягненому результату є пристрій для вимірювання параметрів обертових об'єктів, переважно температури, швидкості обертання, що складається з послідовно розміщених джерела монохроматичного світла, по ходу променів якого розміщений да 96697 4 вач, виконаний у вигляді плоскопаралельної пластинки з термочутливого двозаломлюючого кристала, на одну зі сторін якого напилена відбиваюча дзеркальна поверхня, закріплена на обертовому об'єкті, при ньому центр давача суміщений з віссю обертання об'єкта, напівпрозоре дзеркало,встановлене між давачем і джерелом монохроматичного випромінювання під кутом 45° до його оптичної осі, а також першої фокусувальної лінзи, першого аналізатора, першого нерухомого фотоприймача випромінювання, першого згладжуючого фільтра, реверсивного лічильника імпульсів, частотоміра, послідовно розміщене по ходу оптичного напряму променя джерело монохроматичного світла, другу фокусувальну лінзу, діафрагму, а після першої фокусовальної лінзи - світлоподільник, по оптичному напряму першого променя якого послідовно розміщені фазова пластинка, другий поляризатор, другий світлофільтр та другий фотоприймач, вихід якого під'єднаний через другий операційний підсилювач, другий згладжувальний фільтр до входу другого формувача прямокутних імпульсів, вихід якого з'єднаний з першими входами першого і другого ключів та з молодшим адресним входом першого блока пам'яті, виходи якого через перший і другий суматор, перетворювач "код-код" з'єднані з блоком індикації, вихід з першого фотоприймача через перший операційний підсилювач, перший згладжувальний фільтр, перший формувач прямокутних імпульсів з'єднані з входом скиду тригера безпосередньо, а з входом встановлення в ''1" через інвертор, прямий та інверсні виходи тригера через першу і другу диференціюючі ланки з’єднані з другими входами першого і другого ключів відповідно, виходи яких з’єднані відповідно з входами керування відніманням і додаванням реверсного лічильника, встановлюючий вхід якого з'єднаний з блоком попереднього встановлення, а виходи з'єднані з другою групою входів першого суматора, вихід якого через другий блок пам’яті з'єднаний з другою групою входів другого суматора, вихід першого операційного підсилювача через аналогово-цифровий перетворювач з’єднаний з адресними входами першого блока пам'яті, а перший поляризатор, перший світлофільтр, перший фотоприймач, що розташовані по оптичному напряму першого променя світлоподільника, причому, вихід першого фотоприймача через перший операційний підсилювач та перший згладжуючий фільтр - з входом першого формувача прямокутних імпульсів, компаратор, перший вхід якого під'єднаний до виходу другого згладжувального фільтра, а його другий вхід - до виходу другого згладжувального фільтру, причому вихід компаратора з’єднаний з першим керуючим входом мультиплексора, причому вихід компаратора також через другий інвертор з'єднаний з другим керуючим входом мультиплексора, перший інформаційний вхід якого, з'єднаний з виходом другого операційного підсилювача, а його другий інформаційний вхід - з виходом першого операційною підсилювача, вихід мультиплексора з'єднаний з входом частотоміра. [Патент на винахід України 91663 МПК G01K 13/08, G01P 3/36, G 5 01Н 1/04 Пристрій для вимірювання температури та частоти обертових об’єктів М.М. Степаняк, Я.Т. Луцик. Опубл. в Бюл. № 15. 10.08.2010]. Однак в даному пристрої використання напівпрозорого дзеркала та світлоподільника вносить додаткові похибки при вимірюванні, промінь, відбиваючись від дзеркальної прокладки, під кутом 45° вимагає додаткової орієнтації дзеркала в просторі по відношенню до площини поляризації монохроматичного випромінювання та зменшує інтенсивність випромінювання, що потрапляє на фотоприймачі, в 4 рази та чутливість пристрою, а це ускладнює процес юстування. Точність даною пристрою невисока, низька надійність. В основу винаходу поставлено задачу створити пристрій для вимірювання температури та частоти обертових об'єктів, підвищити точність та надійність вимірювання. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій, який складається з послідовно розміщених джерела монохроматичного світла, по ходу променів якого розміщений термоперетворювач, виконаний у вигляді плоскопаралельної пластинки з термочутливого двозаломлюючого кристала, на одну зі сторін якого напилена відбиваюча дзеркальна прокладка, закріплена на обертовому об'єкті, першої фокусувальної лінзи, аналізатора, першого нерухомого фотоприймача випромінювання, першого згладжуючого фільтра, реверсивного лічильника імпульсів, частотоміра та послідовно розміщені по оптичному напряму променя джерела монохроматичного світла, другу фокусувальну лінзу, діафрагму, послідовно розміщені фазову пластинку, аналізатор, світлофільтр і другий фотоприймач, вихід якого під'єднаний через другий операційний підсилювач, другий згладжувальний фільтр до входу другого формувача прямокутних імпульсів, вихід якого з'єднаний з першими входами першої і другої ключових схем та з молодшим адресним входом першого блока пам'яті, виходи якого через перший і другий суматор, перетворювач "код-код" з'єднані з блоком індикації, вихід з першого фотоприймача через перший операційний підсилювач, перший згладжувальний фільтр, перший формувач прямокутних імпульсів з’єднані з входом скиду RS-тригера безпосередньо, а з входом встановлення в "1" через перший інвертор, прямий та інверсні виходи RS-тригера через першу і другу диференціюючу ланки з’єднані з другими входами першого і другого ключових схем відповідно, виходи яких з’єднані відповідно з входами керування відніманням і додаванням реверсного лічильника імпульсів, встановлюючий вхід якого з'єднаний з блоком встановлення, а виходи з'єднані з другою групою входів першого суматора, вихід якого через другий блок пам'яті з'єднані з другою групою входів другого суматора, вихід першого згладжувального фільтра через аналогово-цифровий перетворювач з'єднаний з адресними входами першого блока пам'яті, а аналізатор, світлофільтр, перший фотоприймач, що розташовані по оптичному напряму першого променя, причому, вихід першого фотоприймача, через перший операційний підсилювач та перший згладжуючий фільтр, з'єднаний з входом першого формувача 96697 6 прямокутних імпульсів, компаратор, перший вхід якого під'єднаний до виходу другого згладжувального фільтра, а його другий вхід - до виходу першого згладжувального фільтра, причому вихід компаратора з'єднаний з першим керуючим входом мультиплексора, причому, вихід компаратора також через другий інвертор з'єднаний з другим керуючим входом мультиплексора, перший інформаційний вхід якого, з'єднаний з виходом другого операційного підсилювача, а його другий інформаційний вхід з виходом першого операційного підсилювача, вихід мультиплексора з'єднаний з входом частотоміра, згідно з винаходом, додатково містить послідовно розташовані по оптичному напряму променя джерела монохроматичного світла поляризатор, діафрагму, світофільтр, аналізатор з отвором, третю розсіювальну лінзу з отвором, другу фокусувальну лінзу, першу фокусувальну лінзу, термоперетворювач, дзеркальну прокладку та по оптичному напряму відбитого променя першу фокусувальну лінзу, другу фокусувальну лінзу, третю розсіювальну лінзу, встановлені з можливістю проходження променя, через два канали, перший канал утворений з послідовно встановлених аналізатора, що схрещений з поляризатором, світлофільтра та першого фотоприймача, а другий канал послідовно утворений з фазової пластинки, аналізатора, світлофільтра та другої о фотоприймача. Пристрій дає можливість підвищити точність та надійність вимірювання частоти та температури для випадків її швидкої і циклічної зміни та забезпечити дистанційні вимірювання з мінімальним тепловідводом в умовах дії електромагнітною поля і за наявності високого електричного потенціалу, а усунення півпрозорого дзеркала та світлоподільника дає можливість уникнути додаткових завад, які впливають на метрологічні характеристики проходження поляризованого випромінювання джерела монохроматичного випромінювання 1 та спростити процес юстування пристрою, а це підвищує надійність пристрою і процесу вимірювання. На кресленні зображено принципову схему пристрою для вимірювання параметрів обертових об'єктів, переважно температури, швидкості обертання, де: 1 - джерело монохроматичного випромінювання, 2 - поляризатор, 3 - діафрагма, 4 - світлофільтр, 5 - аналізатор, 6 - фазова пластинка, 7 третя розсіювальна лінза, 8 - друга фокусувальна лінза, 9 - перша фокусувальна лінза, 10 - термоперетворювач, 11 - дзеркальна прокладка, напилена на стороні двозаломлюючого кристала, 12 перший фотоприймач, 13 - другий фотоприймач, 14 - перший операційний підсилювач, 15 - другий операційний підсилювач, 16 - перший згладжувальний фільтр, 17 другий згладжувальний фільтр, 18 - перший формувач прямокутних імпульсів. 19 другий формувач прямокутних імпульсів, 20 - перший інвертор, 21 - RS тригер, 22 - перша диференціююча ланка, 23 - друга диференціююча ланка, 24 - АЦП, 25 - перша ключова схема, 26 - друга ключова схема, 27 - перший блок пам'яті, 28 - блок встановлення, 29 - реверсивний лічильник імпульсів, 30 - перший суматор, 31 - другий блок пам'яті, 7 32 - другий суматор, 33 - перетворювач "код-код", 34 - блок індикації, 35 - компаратор, 36 - другий інвертор, 37 - мультиплексор, 38 - частотомір, 39 перший вхід першого суматора, 40 - другий вхід першого суматора, 41 - перший вхід другого суматора, 42 - другий вхід другого суматора, 43 - обертовий вал, К І - перший канал, К II - другий канал. Пристрій для вимірювання температури та частоти обертових об'єктів, що складається з послідовно розміщених джерела монохроматичного світла 1, по ходу променів якого розміщений поляризатор 2, діафрагма 3, світлофільтр 4, аналізатор з отвором 5 та третя розсіювальна лінза з отвором 7, друга фокусувальна лінза 8, перша фокусувальна лінза 9, термочутливий двопроменезаломлюючий кристал 10, виконаний у вигляді плоскопаралельної пластинки, на одну зі сторін якого, напилена відбиваюча дзеркальна поверхня 11, закріплена на обертовому об'єкті 43, при цьому центр термочутливого двопроменезаломлюючого кристала 10 суміщений з віссю обертання об'єкта, перша фокусувальна лінза 9, друга фокусувальна лінза 8, третя розсіювальна лінза 7, послідовно розміщені фазова пластинка 6, аналізатор 5, світлофільтр 4, другий фотоприймач 13, вихід якого під'єднаний через другий операційний підсилювач 15, другий згладжувальний фільтр 17, до входу другого формувача прямокутних імпульсів 19, вихід якого, з'єднаний з першими входами першого 25 і другого 26 ключів та з молодшим адресним входом першого блока пам'яті 27, виходи якого через перший 30 і другий 32 суматор, перетворювач "'код-код" 33 з'єднані з блоком індикації 34, вихід з першого фотоприймача 12 через перший операційний підсилювач 14, перший згладжувальний фільтр 16, перший формувач прямокутних імпульсів 18 з'єднані з входом скиду тригера 21 безпосередньо, а з входом встановлення в "1" через інвертор 20, прямий та інверсні виходи тригера через першу 22 і другу диференціюючі 23 ланки з'єднані з другими входами першого 25 і другого 26 ключів відповідно, виходи яких з'єднані відповідно з входами керування відніманням і додаванням реверсного лічильника 29, встановлюючий вхід якого з'єднаний з блоком попереднього встановлення 28, а виходи з'єднані з другою групою входів першого суматора 30, вихід якого через другий блок пам’яті 31 з'єднані з другою групою входів другого суматора 32, вихід першого згладжувального фільтра 16 через аналоговоцифровий перетворювач 24 з'єднаний з адресними входами першого блока пам'яті 27, вихід першого фотоприймача 12, через перший операційний підсилювач 14 та перший згладжуючий фільтр 16 з'єднаний з входом першого формувача прямокутних імпульсів 18, компаратор 35, перший вхід якого, під'єднаний до виходу другого згладжувального фільтра 17, а його другий вхід до виходу першого згладжувального фільтра 16, причому вихід компаратора з'єднаний з першим керуючим входом мультиплексора 37, причому, вихід компаратора також через другий інвертор 36 з'єднаний з другим керуючим входом мультиплексора 37, перший інформаційний вхід якого з'єднаний з виходом другого операційного підсилювача 15, а його 96697 8 другий інформаційний вхід з виходом першого операційного підсилювача 14, вихід мультиплексора з'єднаний з входом частотоміра 38. Пристрій для вимірювання параметрів обертових об'єктів працює так: монохроматичний поляризований промінь від джерела світла 1 (лазера типу ЛГН-207Б) проходить через поляризатор 2, світлофільтр 4, отвір аналізатора 5, отвір третьої розсіювальної лінзи 7, другу фокусувальну лінзу 8, першу фокусувальну лінзу 9, термочутливий двопроменезаломлюючий кристал 10 і відбивається від дзеркальної прокладки 11, напиленої на тильній стороні термочутливого двопроменезаломлюючого кристала 10, проходить через термочутливий двопроменезаломлюючий кристал 10, проходить через першу фокусувальну лінзу 9, другу фокусувальну лінзу 8, третю розсіювальну лінзу 7, та розсіяне світло утворює на два промені. І-й промінь проходить через аналізатор 5 і вузькосмуговий світлофільтр 4 і потрапляє на перший фотоприймач 14, а ІІ-й після проходження через фазову пластинку 6, аналізатор 5 і світлофільтр 4 отримує постійний фазовий зсув - π/2 і потрапляє на другий фотоприймач 13. Електричні сигнали Uф12 і Uф13 на виході фотоприймачів 12 і 13, які визначаються квадратом амплітуди відповідних оптичних сигналів на їх вході та чутливістю (крутизною перетворення) S1 і S2, підсилюються операційними підсилювачами 14, 15 та проходять через згладжувальні фільтри 16, 17, тобто отримаємо співвідношення : 2 U16=S1Iosin πkt/λ, (1) 2 U17=S2Іоsin πk(t-Т/4)/λ, (2) де Іо - інтенсивність світла на вході термоперетворювача (двозаломлюючого кристала) 10; λ=632,8 нм - довжина хвилі джерела 1 монохроматичного поляризованого світла; k - може бути функцією від температури t; T - характерний температурний інтервал для даного термоперетворювача 10, що відповідає фазі, кратній 2π. Тоді значення вимірюваної температури можна подати наступним чином: t=to+mT+Δt, де to - відома початкова температура; m - кількість мінімумів фотоструму, зареєстрованих за зміни температури термочутливого двопроменезаломлюючого кристала від відомої початкової (to=0) до виміряної t; Δt