Для измерения линейных смещений при выполнении инженерно-геодезических измерений могут применяться времяимпульсные датчики линейных смещений.

В датчиках, основанных на времяимпульсном методе измерения, информация о перемещениях объекта относительно геометрической оси датчика выражается путем измерения времени между импульсами или сравнения длительности импульсов. Световой луч, задающий опорную геодезическую линию, вращается по окружности относительно продольной оси, совпадающей с направлением его распространения. Такой вращающийся луч направляется на крестообразную марку, нанесенную на фокусирующую линзу. В фокальной плоскости на оптической оси линзы установлена светочувствительная площадка фотоприемника.

При совпадении оси вращающегося луча с оптической осью датчика, проходящей через центр крестообразной марки, с фотоприемника снимают электрические сигналы в виде импульсов равной длительности и скважности. При смещении датчика с оптической оси луча симметричность развертки нарушается и изменяется характер следования импульсов.

Электронная часть датчика анализирует длительность временных интервалов между импульсами и на регистратор поступает информация о линейных смещениях по двум взаимно перпендикулярным координатным осям.

Времяимпульсный датчик, в котором используют сканирующую щель для измерения линейных смещений. Датчик содержит экран 3 с горизонтальной прямоугольной щелью 2, за которым равномерно со скоростью перемещается непрозрачная шторка 9, содержащая прямоугольную щель 10.

Лампочка подсветки 6, отверстие 8 и фотодиод 7 предназначены для формирования опорного импульса начала отсчета. Конденсор 4 и фотоприемник 5 (ФЭУ) служат для приема излучения 1 от источника света, формирующего в пространстве опорную геодезическую линию.

При равномерном движении щели 10, например слева направо, вначале формируется импульс от фотодиода 7, а затем видиоимпульс от ФЭУ. Время соответствует интервалу от момента формирования переднего импульса от фотодиода 7 до середины видиосигнала от ФЭУ. Время t1 — интервал между передними фронтами импульсов от фотодиода и ФЭУ, t2 — длительность видиоимпульса.

Ошибка зависит от стабильности работы электродвигателя, осуществляющего привод сканирующего механизма. Если в процессе измерений контролировать скорость сканирования, что технически вполне осуществимо различными способами, то ошибку за непостоянство скорости развертки практически можно исключить.

Высокой точности измерения времени t можно достичь, применяя числоимпульсные пересчетные схемы, управляемые фронтами импульсов времяимпульсного датчика. Для измерения линейных смещений можно применять датчики, в которых чувствительный элемент, связанный с измеряемым объектом, непосредственно расположен рядом с осветителем.

Датчик содержит светодиоды 9 и 4, информативный фотоприемник 8, дополнительный фотоприемник 1, шторку 6, связанную с перемещающимся объектом, усилитель 10 сигналов рассогласования мощностей излучения излучателей с элементами преобразования, цилиндрические линзы 2 и 7, полупрозрачную пластину 5 в щитки 3.

Светодиоды 9 а 4 питаются от генератора прямоугольных импульсов и они возбуждаются в противофазе (поочередно). Если шторка 6 располагается в нулевом (среднем) положении, то от каждого светодиода световой поток попадает на полупрозрачную пластинку и большая часть потока излучения проходит
через пластину и щель в шторке на плоскость линзы 7. Линза 7 установлена так, чтобы ее фокус располагался на поверхности светочувствительной площадки фотоприемника 8, а ось была параллельна кромкам шторки. При этом на поверхности фотоприемника 8 сохраняются от светодиодов две близко расположенные параллельные световые полоски.

Отраженные от пластины 5 световые потоки попадают на плоскую поверхность цилиндрической линзы 2, а затем на фотоприемник 1, включенный в контур цепи выравнивания. На светочувствительной площадке фотоприемника 1 также формируются две световые полоски, интенсивность которых пропорциональна световым потокам, падающим на фотоприемник 8.

Защитные щитки 3 исключают возможность прямого попадания световых потоков от светодиодов на фотоприемник 1. При смещении вместе с наблюдаемым объектом шторки 6 в ту или иную сторону нарушается балапс световых потоков в обоих плечах датчика.

На фотоприемнике 8 выделяется сигнал, пропорциональный разности перераспределенных шторкой переменных составляющих потоков излучения, а его фаза зависит от направления смещения.

Схема выравнивания обеспечивает высокую стабильность работы датчика. В случае появления разности в падающих на фотоприемник 8 потоках от двух излучателей такая же разность поступает и на фотоприемник 1. Этот разностный сигнал усиливается усилителем 10 и так воздействует на светодиод 9, чтобы подавить возникшее первоначальное рассогласование в световых потоках. Когда шторка 6 располагается в нулевом положении, то даже при изменении чувствительности фотоприемников на выходе датчика не возникает переменной составляющей сигнала, поскольку контур выравнивания устраняет всякую нестабильность нуля датчика.

Цилиндрические линзы, установленные перед фотоприемниками, не только увеличивают интенсивность световых потоков, падающих на светочувствительные площадки, но и устраняет составляющую дрейфа, вызываемую тепловыми деформациями элементов датчика. Даже при появлении деформаций телесный угол, мощность излучения в котором участвует в создании полезного сигнала, остается неизменным и определяется контуром плоской поверхности цилиндрической линзы, которая установлена симметрично относительно излучателей.