Устройство для контроля параллельности двух зеркал. Анализ существующих технических решений. Выбор технического решения

Кафедра

Систем Управления и Информатики

Группа

4145

“Устройство для контроля параллельности двух зеркал”

Автор    курсового проекта

И

(подпись)

(фамилия, и.о.)

Руководители

(подпись)

(фамилия, и.о.)

(подпись)

“

“

20

г. Санкт-Петербург,                    20

г.

Работа выполнена с оценкой

Содержание:

1 Анализ существующих технических решений………………………………………………………...3

2 Выбор технического решения…………………………………………………………………………..3

Литература………………………………………………………………………………………………….6

Приложение А……………………………………………………………………………………………...7

КСУИ.2134145.001ПЗ

Изм

Лист

№ док

Подпись

Дата

Разработал

Устройство для контроля параллельности двух зеркал

Литера

Лист

Листов

Проверил

,

2

13

СПбГУ ИТМО

группа 4145

Утвердил

1. Анализ существующих технических решения

Существует довольно много различных способов контроля  параллельности двух зеркал, основанных на самых разнообразных принципах и идеях. Основной проблемой является подбор датчика или устройства способного дать точную информацию, при минимальных материальных и энергетических затратах.

К первым датчикам относятся оптические датчики, основанные на измерении разности хода пришедших оптических сигналов, сформированных при помощи сложной оптической схемы, которая при изменении пространственной ориентации между измеряемыми поверхностями формирует пропорциональную углу рассогласования разность хода лучей, которая регистрируется полупроводниковыми приёмниками. В состав таких приборов входит перестраиваемый  интерферометр Фабри-Перо, а иногда и лазерный дальномер           ( приложение А). Основным недостатком такого устройства является большая чувствительность к вибрациям, температуре, прозрачности воздуха,  а так же сложная процедура снятия необходимых измерений.

Второй способ это использование координатно-чувствительных приёмников излучения (фотопотенциометры) или прецизионных потенциометров. Этот способ характеризуется простотой реализации как самого датчика, так и схемы измерителя. В качестве примера приведен датчик угловых перемещений (приложение А).  Недостатком данного устройства является его крепление непосредственно  к измеряемой поверхности.

При данном способе измерения отпадает необходимость в использовании переменного напряжения высокой частоты, что значительно упрощает схему устройства и её расчёт, и повышает точность измерения. Перечислим все преимущества второго способа перед первым:

Компактность

Простота реализации

Высокая точность

Соотношение цена/качество

2. выбор технического решения

В данной работе будет использован датчик угла на основе прецизионного потенциометра. Устройство работает следующим образом: на оба плеча потенциометра подаётся разно-полярное напряжение, сигнал снимаемый с подвижного контакта прямо-пропорционален углу поворота оси потенциометра. Дальше сигнал подаётся на операционный усилитель, формирующий заданный уровень информационного сигнала. Использование разно-полярного напряжения позволяет измерять углы рассогласования в двух направлениях.

Устройство для измерения угла на основе потенциометрического датчика(рис.1) позволяет при  использовании минимума элементов получить устройство с достаточно хорошими точностными показателями при широком диапазоне рабочих температур.

При использовании кольцевого потенциометра все расчёты сводятся к использованию одной формулы:

КСУИ.2134145.001ПЗ

Лист

3

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Рисунок 1- Принцип работы потенциометрического датчика:

1 – потенциометр; 2-3 – отражающие поверхности.

Отражающая поверхность 1(поз.3) жёстко закреплена на оптической скамье. Отражающая поверхность 2(поз.2) вращается на оси к которой крепится ось потенциометра.

На рисунке 2 представлена функциональная схема устройства для измерения угла рассогласования двух поверхностей одна из которых жёстко закреплена

Рисунок 2 – Функциональная схема измерительного устройства (ИЭ- источник энергии, БП- блок питания, ОИ- объект измерений, Д-датчик, У - усилитель,  АЦП - аналогово-цифровой преобразователь, МК-микроконтроллер, ШД - шаговый двигатель)

КСУИ.2134145.001ПЗ

Лист

4

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

На функциональной схеме:

ИЭ- источник энергии

БП- блок питания

ОИ- объект измерений

Д-  потенциометрический датчик

АЦП - аналогово-цифровой преобразователь

МК-микроконтроллер

ШД - шаговый двигатель

При параллельных зеркалах движок потенциометра находится в среднем положении и потенциал на нём равен нулю. При отклонении движка от центрального положения, пропорционально углу отклонения растёт потенциал, снимаемый с движка. Двухполярное напряжение использовано для измерения отклонения в двух направлениях.

Снимаемый с движка потенциометра сигнал подаётся на усилитель, формирующий аналоговый выход заданного уровня, далее  с помощью АЦП аналоговый сигнал преобразуется в цифровой, подаваемый далее на микроконтроллер. Последний в свою очередь управляет шаговым двигателем, который возвращает отражающую поверхность 2 (рис. 1) в положение параллельности отражающей поверхности 3.

Измерительный выход осуществляется через 16-ти разрядный параллельный