Оптическая система фотоэлектрического преобразователя угловых смещений Советский патент 1983 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для регистрации угловьйс смещений объекта, в частности при регистрации вариаций геомагнитного поля. , Известны оптические системы фотоэлектрических преобразователей, содержащие осветительную лампу, коллимационную оптическую систему, включающую сферическую линзу-конденсор, диафрагму, дифференциальный фоторезистор. Фотоэлектрический преобразователь применяется в оптомеханических магнитных вариометрах видимой записи и в цифровых магнитовариационных станциях в качестве преобразователя угла поворота индикаторного магнита с зеркалом в электрический сигнал, пропорциональный углу поворота магнита ш тем самым пропорциональный измеряемому магнит ному полю 1. Однако наличие в оптической системе фото резистора ограничивает частотный диапазон измерения (не более 1Гц) в связи со свойственными ему частотными характеристиками. Наиболее близким техническим решением к изобретению является оптическая система фотоэлектрического преобразователя угловь1Х смещений, содержащая источник света, последовательно расположенные объектив и контрол ный элемент, закрепляемый на объекте, два фотоприемника и цилиндрическую линзу, установленную между объективом и контрольным элементом Недостатками известной оптической системы является уменьщение коэффициента преобразования угла в электрический сигнал из-за расфокусировки изображения нити источ ника света, вызванной расположением фотопри емников вне фокальной плоскости объектива, уменьшение коэффициента преобразования из-з уменьщения освещенности фотоприемников, вызванно расположением цилиндрической линзы между объективом и контрольным элементом. При использованин известной оптической системь фотоэлектрического углоизмерительно го устройства в системах с отрицательной обратной связью указанные недостатки оптической системы ограничивают возможность рас ширения частотного диапазона в область высоких частот, тем самым препятствуя измерению угловых смещений при быстропротекающих процессах. Целью изобретения является измерение УГЛОВЫХ смещений объекта при быстро протекающих процессах. Эта цель достигается тем, что оптическая система фотоэлектрического преобразователя угловьис смещений, содержащая источник света последовательно расположенные объектив и контрольный элемент, -закрепляемый на объекте, два фотопрйемника и цилиндрическую линзу, снабжена держателем ботоприемников, установленным в фокальной плоскости объектива с возможностью вращения относительно оптической оси системы, цилиндрическая линза установлена между объективом и источником света, расположенным в ее фокальной плоскости, а фотоприемники размещены в держателе симметрично относительно оптической оси системы каждый с возможностью вращения относительно собственной оси симметрии. На фиг. 1 изображена оптическая система фотоэлектрического преобразователя угловых смещений; на фиг. 2 - пример конкретного вьшолнения держателя. Система содержит. источник 1 света, имеющий линейную форму излучателя, цилиндричес.кую линзу 2 для формирования параллельно в одной плоскости пучка света, последовательг но распо оженные объектив 3 и контрольный элемент 4, закрепляемый на объекте и отражающий свет через объектив 3 на два фотоприемника 5 и 6, установленные в торце держателя 1 симметрично относительно оптической оси системы. Каждый из фотоприемгшков 5 и 6 обладает возможностью вращения относительно собственной оси симметрии, а сам , держатель 7 установлен в фокальной плоскости объектива 3 с возможностью вращения относительно оптической оси системы. Держатель, 7 фотоприемников 5 и б имеет ось 8 , симметрично которой просверяены цилиндрические каналы 9. В каналы 9 устанавливают фотоприемники 5 и 6, положение которых фиксируется с помощью зажимных винтов 10. Канал 11, просверленный в держателе 7, служит для вьтода проводников, связьшающих фотоприемники 5 и 6 с усилителем. Зажимной винт 12 служит для фиксации положения держателя 7. Система работает следующим образом. Луч света от источника 1 проходит через . цилиндрическую линзу 2, объектив 3 и попадает на контрольный элемент 4, закрепляемый на измеряемом объекте. Отразившись от конт; рольного элемента 4, луч света проходит через объектив 3 и фиксируется на торце держателя 7, где установлены фотоприемнии 5 и 6. Для того, чтобы изображение нити накаливания источника 1 падало одновременно на рабочие поверхности обоих фотоприемников 5 и 6, держатель 7 поворачивают до тех пор вокруг своей оси, пока изображение нити не осветит края обоих фотоприемников 5 и 6 (фиг. 1-, цоложение а, б, в). Добиться одновременного попадания светящегося изображения нити на оба фотоприемника 5 и .6 другим способом, например, путем непосредственного сближения, затруднител но из-за у фотоприемщисов внешнего корпуса, толщина стенок которого превьпиает ширину изображения нити накаливания. В большинстве случаев рабочие поверхности, фотоприемшков имеют. прямоугольную форму. Для обеспечения большей преобразоватпм, а следотательно, и возможности изме-рения угловых смещений при быстро протекающих процессах, необходимо фотоприемники устанавливать таким образом, чтобы грани их рабочих поверхностей были параллельны изображению нити накала. Для этой цели ,каждый из фотопрнемников 5 и 6, в держателе 7 имеет возможность поворачиваться вокруг собственной оси симметрии с последующей-, 1 414 фиксадаей положения. Поскольку изображение нити накала обладает максимальной яркостью, то коэффициент преобразования угла поворота в злектрический сигнал является максимален, аследовательно, обеспечивается возможность измерения угловых смещений при быстро протекающих процессах. Так, например, при регистрации геомагнитных .J.f, -дг- jr --.,- 1 rvtviai плд п вариаций оптико-механическим магнитометром. для которых предназначается оптическая система фотозлектрического преобразователя угловых смещений, достигнуто повышение частоты измеряемого магнитного поля с 1 до 30 -Гц за Xrf ,Л1 J IIV/JITI f I /Л I, l ЛЛ счет расположения и ориентации фотоприемников и оптических элементов друг относительно друга.

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТ|МА ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ УГЛОВЫХ СМЕВЩНИЙ, содерзкащая HCTOMHHKNCBeTa, посл1ед6вательно расположенные об1 ектив и контролшьш злемент, закрепляемый на объекте, два фотоприемяяка и щлишфйческую линзу, о т л и ч а ю щ а я с я тем. что, с целью измерения угловых смещешН объекта при быстропротекающих процессах, она снабжена держателем фотоприемника, установЛегшым в фокальной плоскости объектива с возможностью вращения относительно оп11 ческой JOCK системы, пялиндрическая линза ycTaHoaJtemi между объекти вом и источшком света, |расположенным в ее фокальной плоскости, а фотса1{М1емникн разме . щены в держателе симметрично относительно оптической оси системы каждый с возможностью вращения относительно собствениой оси симметрии., §N) Ф: . f

ff

е

Фиг.