В. А. Никитин с. В. Бойко

x
y  _
 , (16.23)

a
В методе муара растры на двух пластинах имеют одинаковый шаг, но расположены под небольшим углом α. друг к другу (рисунок 16.22б, 16.22г). При наложении растров и их просвечивании наблюдаются светлые и темные полосы, идущие поперек штрихов и называемые комбинационными, или муаровыми, полосами. Перемещение одного из растров вызывает значительно большее смещение муаровых полос в направлении, перпендикулярном направлению движения растра, т. е. также происходит оптическая редукция. Значения этих перемещений связаны соотношением (16.24)


у = x/sin α, (16.24)
Наличие оптической редукции в методах растра и муара позволяет достигнуть высокой чувствительности к измеряемому перемещению.
При измерениях перемещений от долей микрометра до метра используются лазерные интерферометры. В этих приборах производится сложение двух световых потоков, излучаемых лазером, один из которых проходит постоянный путь, а второй - путь, зависящий от измеряемого расстояния. Сложение потоков приводит к усилению или ослаблению суммарного потока в зависимости от разности фаз потоков, т. е. в зависимости от измеряемого расстояния.

Рисунок 16.22 - Растровый и муаровый преобразователи перемещений

На рисунке 16.23 показано устройство лазерного интерферометра. Лазер излучает световой поток Ф, который разделяется на два потока (Ф₁ и Ф₂) с помощью полупрозрачного наклонного зеркала 2. Поток (Ф₁, отражаясь от зеркала 2, а затем от зеркала 3, попадает на фотоэлемент 1. Поток Ф₂ проходит через зеркало 2, отражается от объекта 4, затем от зеркала 2 и попадает на фотоэлемент 1. В фотоэлементе 1 потоки складываются, и при изменении расстояния до объекта 4 периодически будет изменяться сигнал (фототок) фотоэлемента. Число подсчитанных с помощью счетчика 5 периодов k фототока и перемещение объекта на расстояние х связаны соотношением (16.25)

х = k  /2, (16.25)
где  - длина волны света.

При измерении перемещений до 1 м погрешность составляет 0,1-1 мкм. Для измерения больших расстояний (сотен метров и более) применяются лазерные дальномеры, работающие в импульсном или непрерывном режиме. В первом случае измеряется интервал времени между излученным и отраженным импульсами, во втором - сдвиг фаз между излученным и отраженным сигналами.

Рисунок 16.23 - Лазерный интерферометр

Измерение уровней.

При учете количества жидких или сыпучих материалов часто возникает необходимость измерения их уровня в резервуарах, причем под уровнем понимается расстояние от верхней поверхности контролируемого вещества до любой произвольно выбранной отметки выше или ниже этой поверхности. Разнообразие конструкций существующих уровнемеров объясняется широким диапазоном размеров резервуаров, различиями в условиях эксплуатации и физико-химических свойств измеряемых веществ. Поэтому рассмотрим лишь некоторые наиболее распространенные способы измерения уровней. При измерениях уровней жидкости широко применяются поплавковые преобразователи, содержащие поплавок, плавающий на поверхности жидкости. Обычно поплавок с помощью штока связан с подвижным элементом
реостатного или индуктивного преобразователя перемещений. Широкое распространение при измерениях уровней получили также емкостные преобразователи, так как в них достигается практически линейное изменение емкости в большом диапазоне изменения уровня жидкости. На рисунке 16.24 приведена схема прибора для измерения уровня с емкостным датчиком. Емкостный датчик опущен в резервуар и состоит из двух цилиндрических электродов. Емкость датчика линейно связана с измеряемым уровнем жидкости х. Емкостный датчик включен в измерительную цепь, представляющую собой уравновешенный мост. Если емкость С_п конденсатора переменной емкости линейно зависит от угла поворота вала реверсивного двигателя РД, то этот угол поворота будет линейной функцией измеряемого уровня х. При повороте вала РД одновременно перемещается указатель отчетного устройства ОтУ. Существенным недостатком данной схемы является зависимость результата измерений от диэлектрической проницаемости среды.
При измерениях уровней как в диэлектрических, так и в проводящих средах находят применение преобразователи, использующие зависимость резонансной частоты длинной линии от степени заполнения ее контролируемой средой (резонансные электромагнитные системы). Обычно такие датчики представляют собой симметричную двухпроводную или коаксиальную линию, включаемую в контур автогенератора. Погружение датчика в контролируемую жидкость вызывает изменение частоты генерации. Действительно, погружение

Рисунок 16.24 - Схема прибора для измерения уровня жидкости

датчика в диэлектрическую жидкость с относительной диэлектрической проницаемостью е приводит к уменьшению его волнового сопротивления, а

также к уменьшению фазовой скорости электромагнитных волн в раз.
Погружение датчика в проводящую среду приводит к возрастанию резонансной частоты из-за уменьшения участка датчика, по которому протекают высокочастотные токи (проводящая жидкость играет роль замыкающей перемычки). Принцип действия указанных датчиков уровня иллюстрируется на рисунке 16.25 (на рисунке 16.25а - жидкость диэлектрическая, на рисунке 16.25б - жидкость проводящая). К недостаткам резонансных электромагнитных датчиков Уровня следует отнести зависимость их выходной величины от диэлектрической проницаемости жидкости или от удельного сопротивления проводящей жидкости.
Повышение точности измерений перемещений. Широкое применение в промышленности датчиков перемещений для измерений разнообразных физических величин делает очень важной задачу повышения точности измерений перемещений. С одной стороны, указанная задача решается путем совершенствования конструкций и технологии изготовления датчиков перемещений, применения лучших схем преобразования сигналов на базе современной микроэлектроники, а также путем создания новых типов датчиков, использующих различные физические явления.
С другой стороны, для достижения высоких точностей измерений все более перспективным становится использование для повышения точности измерений структурной и временной избыточности.