201402. lajstromszámú szabadalom • Tárgyak elmozdulásának érintésmentes mérésére szolgáló készülék
1 HU 201402 A 2 hozzá van kapcsolva a 11 jelkomparátor pozitív bemenetéhez is. Ez utóbbi negatív bemenetéhez a 13 feszültségforrás csatlakozik, kimenete pedig a mérőkészülék további kimenetét alkotja. Az 1. ábra szerinti készülék működése a következő: Az 1 fényforrás fénysugarat bocsát a mérendő 12 tárgy felületére. A fénysugárnak a felülettel alkotott döféspontjánál a fény minden irányban szóródik, vagyis a döféspont „csillog”. Ha a 12 tárgy az 1 fényforráshoz közeledik vagy attól távolodik, úgy ezen csillogó döféspont a fénysugár tengelye mentén mozdul el. A 2 leképező optika a csillogó döféspontot a 3 részlegesen áteresztő tükörre képezi le. Ha a döféspont elmozdul, akkor ezzel elmozdul annak leképezett képe is. A 3 részlegesen áteresztő tükör a döféspontból származó fény egy részét átereszti, így az a 7 gyűjtőlencsén keresztül a 4 fényérzékelőre jut, egy másik részét visszatükrözi, s ez a rész a 8 gyűjtőlencsén keresztül az 5 fényérzékelőre jut, egy harmadik részét pedig elnyeli. A 3 részlegesen áteresztő tükörkialakítása olyan, hogy az áteresztett és tükrözött fénymennyiség aránya a leképezési vonal mentén folyamatosan változik, így a döféspont vándorlása esetén a 4 és 5 fényérzékelőkre jutó fényintezitás aránya is folyamatosan változik, s ezen arányból a csillogó döféspont helyzete egyértelműen azonosítható. A 7 és 8 gyűjtőlencsék szerepe csupán az, hogy az áteresztett ill. reflektált fényt a 4 és 5 fényérzékelők felületrére összegyűjtsék. Ha a 4 és 5 fényérzékelők érzékelőfelülete elegendően nagy, úgy a 7 és 8 gyűjtőlencsék elhagyhatók. Mint látható, az 1. ábrán a 14 optikai mérőfej belsejében feltüntetett optikai elrendezés már önmagában is működőképes elmozdulás-mérő készüléket adhat. Praktikus azonban a készüléket még további elektronikus áramkörökkel kiegészíteni azért, hogy jobban kezelhető és könnyebben feldolgozható villamos kimenőjeleket kapjunk. Ezen járulékos elektronikus áramköröket be lehet építeni a 14 optikai mérőfejbe is, de meg lehet valósítani egy vagy több külön egységként is, amelynek a 14 optikai mérőfejhez kábellel csatlakoznak. A járulékos elektronikus egységek szerepeltetését főleg az teszi indokolttá, hogy egyrészt a 4 és 5 érzékelők jeleinek aránya nem lineárisan függ a döféspont elmozdulásától, másrészt, hogy különböző felületi minőségű, tehát eltérő reflexiós tulajsonságú 12 tárgyak esetén a 4 és 5 érzékelők kimeneti jelszintje - azonos döféspont-pozíció esetén is - jelentős inagdozást mutathat, bár a jelek aránya természetesen változatlan marad. Egyszerűen kimutatható, hogy amennyiben a 3 részlegesen áteresztő tükör felületén az áteresztés/reflexió arány lineárisan változik, és a 4 ill. 5 fényérzékelők kimeneti jelszintje x ill. y, úgy az XzJL x+y hányados lineárisan függ a döféspont leképezett képének elmozdulásától. Ezt a függvénykapcsolatot realizálja a 6 elektronikus jelátalakító egység oly módon, hogy az abban elhelyezett 16 összeadó áramkör és 17 kivonó áramkör az x és y bemeneti jelekből először előállítja ezek (x+y) összegét és (x-y) különbségét, majd a 18 osztó áramkör ezek hányadosát képezi. Van azonban az így kapott hányadosnak is még nemlinearitása. Ennek az az oka, hogy az 1 fényforrás fénysugara mentén elmozduló döféspont mozgása általában nem lineárisan képződik le a 2 leképező optikán keresztül a 3 részlegesen áteresztő tükörre. E járulékos nemlinearitás mértéke az optikai elrendezés paramétereitől függ, úgyhogy egyes esetekben hatása gyakorlatilag elhanyagolható, más esetekben viszont jelentős. Ezen leképezési nemlinearitás kompenzálása azonban nem feltétlenül szükséges. Ha pl. a készülék kimenetét további jelfeldolgozás céljából analóg- digitális átalakító segítségével számítógéphez csatoljuk, úgy a nemlinearitás software-úton korrekcióba vehető. Amenynyiben a nemlinearitást mégis a mérőkészülékben kell kompenzálni, úgy a 3 részlegesen áteresztő tükört úgy kell kialakítani, hogy a reflexió/áteresztési viszony olyan nemlineáris függvény szerint változzon, amely a leképezési nemlinearitás inverz függvénye, de természetesen szóba jöhet a készülék kimenete után kapcsolt nemliáris átviteli karakterisztikájú analóg áramkör járulékos beiktatása is. Célszerűn ha a 6 elektronikus jelátalákító egységet úgy képezzünk ki, hogy az egy további kimenettel is fel van szerelve, amelyen keresztül a két bemenőjel (x+y) összegével arányos jelet szolgáltat. Ez a 16 összeadó áramkörtől származó jel több célra is praktikusan felhasználható. Az egyik felhasználási lehetőség az, hogy ezt a kimenőjelet a 15 fényintenzitás szabályozón keresztül az 1 fényforráshoz visszacsatoljuk. Ilymódon elérhető, hogy a 2 leképező optika által begyűjtött fény intenzitása akkor is közel állandó maradjon, ha egymás után erősen eltérő felületi reflexiós tulajdonságokkal rendelkező 12 tárgyakat mérünk. Ez a megoldás biztosítja, hogy' a 4 és 5 fényérzékelők mindig az optimális munkapont környezetében üzemeljenek. A 6 elektronikus jelátalakító egység második, (x+y) jelszintet szolgáltató kimenete annak jelzésére is felhasználható, hogy van- e a mérőkészülék látóterében, azaz érzékelési tartományban mérendő 12 tárgy. Ha ugyanis a 2 leképező optika által leképezhető mérési tartományban nincs aktív döféspont, úgy a 4 és 5 fényérzékelők jelszintje gyakorlatilag zérusra esik vissza (eltekintve az ú.n. sötétáramnak megfelelő jelszinttől). Ennek alapján a mérőkészülék felszerelhető olyan digitális kimenettel is, amely igen-nem jelszint formájában jelzi a 12 tárgy jelenlétét vagy hiányát. Erre szolgál a 11 jelkomparátor, amely az (x+y) jelet összehasonlítja a 13 feszültségforrás fix feszültségszintjével, s ennek alapján ad logikai „0” vagy „1” szintű kimenőjelet. Előfordulhat, hogy a mérőkészüléket olyan környezetben kell használni, ahol intenzív külső fényhatások vannak és ezek a készülék helyes működését esetleg megzavarhatnák. Ilyen célra előnyös a készüléket úgy kialakítani, hogy az 1 fényforrás intenzitásában modulált, meghatározott frekvenciával lüktető fényt bocsát ki, s a 4 és 5 fényérzékelők kimenetei a 9 és 10 szűrőáramkörökön keresztül vannak a 6 elektronikus jelátlakító egység bemenetéihez hozzácsatolva. A 9 és 10 szűrőáramkörök lényegében olyan váltakozó áramú, azaz AC-típusú erősítők, amelyek maximális erősítése az 1 fényforrás modulációs frekvenciájára van hangolva. így a külső fényhatások 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
