Устройство для измерения угловых перемещений объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угла поворота объекта Целью изобретения является повышение точности измерения за счет уменьшения нелинейности изменения разности длин оптических путей в плечах интерферометра. Пучок лу чей от когерентного источника 1 разделяется светоделителем 2 на два пучка, каждый из которых проходит через оптический блок. скрепленный с объектом, попадает на концевой отражатель 4 (или 5), отражается з обратном направлении и образует на выходе светоделителя 2 интерференционную картину. При вращении оптического блока 3 длина пути лучей в одном плече интерферометра увеличивается, а в другом плече уменьшается, при этом интерференционные полосы перемещаются, пересекая фотоприемник приемного блока 6 и образуя на его выходе последовательность электрических импульсов. Подсчет числа импульсов пропорционального углу поворота обьекта осуществляется с выхода одной из площадок фотоприемника При пересечении части пучка лучей, вырезаемой апертурой фотоприемника , гранью призмы оптического блока 3 подключается другая площадка фотоприемника , апертура которой сдвинута относительно первой по окружности в направлении вращения оптического блока 3. При смещении пучка с грани призмы вновь подключается первая площадка фотоприемника Управление переключением каналов приемного блока 6 осуществляется с помощью фотоприемников 7 и 8, расположенных в плечах интерферометра таким образом что при пересечении пучков лучей гранями призм оптического блока лучи, отраженные от зеркальных фасок, попадают на один из фотоприемников. Скрепление ромбических призм оптического блока под углом к оси вращения так, чтобы биссектрисы углов рабочих входных граней были перпендикулярны оси вращения, обеспечивает минимальную нелинейность изменения разности длин оптических путей в плечах интерферометра. 4 ил fe Os fO о 00 ю 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (э1>s G 01 В 11/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

- (61) 1416864 (21) 4494107/28 (22) 17.10.88 (46) 15.01,91. Бюл. ¹ 2 (72) В.Н.Аноховский (53) 531.715(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1416864, кл. G 01 В 11/26, 09,86. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угла поворота объекта. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет уменьшения нелинейности изменения разности длин оптических путей в плечах интерферометра. Пучок лучей от когерентного источника 1 разделяется светоделителем 2 на два пучка, каждый из которых проходит через оптический блок, скрепленный с объектом, попадает на концевой отражатель 4 (или 5), отражается в обратном направлении и образует на выходе светоделителя 2 интерференционную картину. При вращении оптического блока

3 длина пути лучей в одном плече интерферометра увеличивается, а в другом плече уменьшается, при этом интерференционные полосы перемещаются, пересекая фоИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угла поворота объекта.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет умуньшения нелинейности изменения разности длин оптических путей в плечах интерферометра.

„„Я2„„1620828 А2 топриемник приемного блока 6 и образуя на его выходе последовательность электрических импульсов. Подсчет числа импульсов пропорционального углу поворота объекта осуществляется с выхода одной из площадок фотоприемника. При пересечении части пучка лучей, вырезаемой апертурой фотоприемника, гранью призмы оптического блока 3 подключается другая площадка фотоприемника, апертура которой сдвинута относительно первой по окружности в направлении вращения оптического блока 3.

При смещении пучка с грани призмы вновь подключается первая площадка фотоприемника. Управление переключением каналов приемного блока 6 осуществляется с помощью фотоприемников 7 и 8, расположенных в плечах интерферометра таким 3 образом. что при пересечении пучков лучей гранями призм оптического блока лучи, отраженные от зеркальных фасок, попадают на один из фотоприемников. Скрепление ромбических призм оптического блока под углом к оси вращения так, чтобы биссектрисы углов рабочих входных граней были перпендикулярны оси вращения, обеспечивает минимальную нелинейность изменения разности длин оптических путей в плечах интерферометра. 4 ил.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного устройства на фиг. 2 — апертуры фотоприемников и взаимное расположение вырезаемых частей светового пучка; на фиг. 3 — структурная схема приемного блока; на фиг. 4 — зависимость изменения разности хода в плечах интерферометра от угла поворота оптического блока, 1620828

40 щении кольцецого оптического блока 3,. закрепленного нэ объекте, интерференци- 50

Устройство содержит (фиг. 1) источник 1 света, двухлучевой интерферометр, содержащий светоделитель 2, оптический кольцевой блок 3, выполненный из набора нечетного числа призм, расположенных радиально, с зеркальными фасками, соединенных так, что поверхности призм расположены наклонно к оси вращения, параллельной оси симметрии интерферометра, концевые отражатели 4 и 5, приемный блок 6. два фотоприемника 7 и 8, для переключения каналов в приемном блоке, выходы которых соединены со входом приемного блока.

Приемный блок (фиг. 3) состоит из двухплощадочного 9 и 10 фотоприемника, выходы которого соединены со входами усилителей 11 и 12, выходы которых соединены с входами формирователей 13 и 14, выходы которых соединены со входами счетчиков 15 и 16, а выходы счетчиков соединены со входом сумматора 17.

Выходы фотоприемников 7 и 8 соединены с входом усилителя 18, выход которого соединен с входом формирователя 19 управляющих сигналов, выход которого соединен с входом. счетчика 16 второго канала и через инвертор 20 — с вторым входом счетчика 15 первого канала, второй выход которого с m-го разряда соединен с вторым входом счетчика 16 и через инвертор 20 — с вторым входом счетчика 15, выход сумматора 17 соединен с входом дешифратора 21, выход последнего соединен с входом блока

22 индикации.

Устройство работает следующим образом.

Свет от источника 1 (фиг. 1) падает на светоделитель 2 и разделяется на два пучка, каждый из которых падает на оптический блок 3, проходит через него и падает на концевой отражатель 4 (или 5), установленный перпендикулярна лучам, отражается от него и возвращается по тому же пути до светоделителя 2, после чего пучки совмещаются, образуя интерференционную картину на фоточувствительных площадках фотоприемника приемного блока 6. При враонная картина перемещается и считывается апертурой фотоприемника (фиг. 3) 11 канала. Апертуры фотоприемников (фиг. 2) расположены симметрично относительно оси светового пучка, где III — часть пучка, попадающая в апертуры фотоприемников 7 и 8, а I и И вЂ” части пучка, попадающие в апертуры фотоприемников 9, 10 приемного блока

6. Части пучка I и II каналов могут находиться на разных поверхностях, а средняя часть

25 пучка III — на поверхности зеркальной фаски. Отраженная часть пучка III от фаски попадает на фотоприемник 7, который переключает каналы в приемном блоке, отключает второй канал II и включает первый I, после отсчета заданного числа полос приемным блоком 6 каналом 1, соответствующих углу поворота оптического блока, при котором весь световой диаметр луча находился на одной поверхности. Затем каналы переключаются обратно. В случае перехода луча с поверхности одной призмы на поверхность другой призмы соответственно сигнал переключения поступает с противоположного фотоприемника 10, на который попадает часть отраженного луча от другой зеркальной фаски, операция переключения каналов повторяется, Сигналы с фотоприемника 9 и 10 поступают в усилители 11 и 12, в формирователи 13 и 14, в счетчики 15 и 16, при wdM работают сначала второй канал, т.е счетчик 16 отключен, а счетчик 15 включен, При попадении света части III пучка от зеркальной фаски на одном из фотоприемников

7 или 8 появляется сигнал, который усиливается усилителем 18, поступает в формирователь 19, который формирует сигнал управления сче чиками, поступающий на реверсивный вход счетчика 16, и отключает его, в этот момент сигнал поступает также через инвертор 20 на реверсивный вход счетчика 15 и включает его, При отсвете заданного числа интерференционных полос в m-ом разряде в счетчике 15 появляется "1", т,е. сигнал, который отключает через инвертор 20 этот же счетчик 15 и включается счет. чик 16 и так при переходе пучков с одних поверхностей на другие, операция повторяется. Информация со счетчиков 15 и 16 поступает в сумматор 17, который осуществляет операцию сложения, затем поступает в дешифратор 21, из которого поступает в блок индикации 22.

На фиг, 4 представлена зависимость изменения разности хода в плечах интерферометра от угла поворота оптического блока, кривая А — для случая,. когда биссектриса угла рабочих входных граней при оси вращения перпендикулярна этой оси (для пяти ромбических приам), кривая Б — для случая, когда биссектриса угла рабочих входных граней при оси вращения расположена под произвольным углом к этой оси (для пяти ромбических призм), кривая  — для случая. когда вместо ромбических призм используется плоскопарэллельная пластина, установленная под углом к оси вращения, причем разность хода изменяется по закону косинуса. Предложенное устройство (кривая А) имеет меньшую нелинейность по

1620828 сравнению с прототипом (кривая Б), так как кривая А находится на более линейной зоне косинусоиды В; что приводит к повышению точности контроля.

Формула изобретения

Устройство для измерения угловых перемещейий объекта по эвт.св. N 1416864, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, ромбические призмы оптического блока установлены под углом к оси вращения так, чтобы

5 биссектрисы углов рабочих входных граней при оси вращения были перпендикулярны

ЭТОЙ ОСИ.

1620828

apaD)

Составитель А.Заболотскии

Редактор Н.Горват Техред М.Моргентал, Корректор Т.Малец

Заказ 4237 Тираж : Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва,Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101