Устройство для измерения угловых перемещений объекта Советский патент 1983 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к контроль1но-измерительнрй технике и может быт использовано для угловых измерений в различных областях техники, например, при выполнении юстировочных работ.

Известны фазовые оптико-электронные угломеры, содержащие объектив, модулятор, приемник излучения, генератор опорного напряжения и систему обработки сигнала, включающую фазометр Г1 3.

Недостатком этих устройств является невысокая точность при крупных растрах модулятора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения угловых пере-. мещений объекта , содержащее оптический блок, установленные последовательно на выходе оптического блока модулятор и приемник излучения и бло измерения разности фаз. Устройство содержит также два дополнительных приемника излучения, при этом оптический блок содержит объектив для формирования изображений двух светящихся объектов. Блок измерения разности фаз состоит из фазометра, соединенного с двумя приемниками излу|Чения, блока формирования информационного сигнала, соединенного с фазометром и со счетчиком, подключенным к второму и третьему приемнику излучения С . }о

Недостатком устройства является низкая точность измерений при крупном растре.

Целью изобретения является повыгиение точности измерений. i Поставленная цель достигается тем что в устройстве для измерения угловых перемещений объекта, содержащем оптический блок, установленные.последовательно на выходе оптического блока модулятор и приемник излучения и блок измерения разности фаз, оптический блок выполнен в виде автоколлимационной системы с зеркалом, связываемым с объектом, блок измерения разности фаз - в виде п-фазного генератора опорного напряжения, дешифратора точного отсчета, h ключевых элементов, входы которых соединены соответственно с п-фазным генератором опорного напряжения и дешифратором точного отсчета, суммируюи{его элемента, соединенного с выходами ключевых элементов, фазометра точного отсчета и регистратора, соединенного с Последним, соединенных последовательно фазометра грубого отсчета, преобразователя напряжение - код и дешифратора грубого отсчета, выход которого соединен с вторым входом регистратора, выход преобразователя напряжение - код подключен к входу дешифратора точного отсчета, приемник ,излучения соединен, с первыми входами фазометра грубого отсчета и фазометра точного отсчета, второй вход последнего соединен с суммирующим элементом, а второй вход фазометра грубого отсчета - с первым выходом rt-фазного генератора опорного напряжения. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - развертка растра; на фиг. 3 - эпюры сигналов, поясняющие работу устройства.

Устройство состоит из автоколлимационной системы, содержащей зеркало 1 , связываемое с объектом, объектив 2, оптический светоделительный узел 3, осветительную -систему t и щелевую диафрагму 5, модулятора 6, имеющего вид барабана с нанесенным растром,состоящим из чередующихся прозрачных и непрозрачных полос равной ширины, установленного в фокальной плоскости объектива 2, приемника 7 излучения, помещенного внутри барабана модулятора 6, h-фазного генератора 8 опорного напряжения, выполненного в виде п пар источников излучения и приемников излучения, размещенных по окружности модулятора 6 таким образом, чтобы начальные фазы сигналов, образующих г -фазную систему, отличались последовательно на фазовый угол 4 (начальная фаза первого сигнала 4 О, второго - Ч .-2, третьего ,- 4

()-2, п-го.Ч- Чп-Я- ГМ усилительных узлов , фазометр 1 грубого отсчета, усилительный узел 9 информативного сигнала и один из усилительных узлов опорного сигнала подключены к фазометру 13 грубого отсчета (преобразователю фаза напряжение), ключевых элементов 14-16 и дешифратора 17 точного отсчета, соединенного с входами последних, суммирующего элемента 10, соединенного с выходами ключевых элементов 14-1б, дешифратора 19 грубого отсчета, преобразователя 20 напряжение - код, выходы которого соединены соответственно с дешифратором 19 грубого отсчета и дешифратором 17 точного отсчета, фазометра 21 точного отсчета и регистратора 22, соединенного с ним и с дешифратором 19 грубого отсчета, усилительный:узел 9 информативного сигнала соединен с входом фазометра 21 точного отсчета. Устройство работает следующим образом. На поверхности модулятора 6 созда CToj автоколлимационное изображение щели диафрагмы 5, а также опорные изо(5ражения (марки). На фиг. 2 показаны положения опорных марок для -фазного генератора 8 опорного напряжения. Опорные сигналы 1Ц, U2 UT 1д (фиг. 3) сдвинуты последовате но на 9П°. Сигнал II от автоколлимационного изображения щели при нулевом рассогласовании совпадает по фа зе с сигналом 1Ц . При угловых перемещениях зеркала 1 автоколлимационн ИчЧображение щели перемещается, при этом начальная фаза сигнала U в зависимости от величины перемещения по направлению движения растра (ска нирования) изменится на величину хдЧ 4 ЗбО°, где Т - линейный пери од растра. Разность фаз между сигна лом с приемника 7 и каждым из опорных сигналов изменится на величину Af и будет складываться из начальней разности фаз, определяемой фази ровкой генератора 8 опорного напряж ния, и величины 4 Ч , Разность фаз между сигналом U и IL измеряется фазометром 13 грубого отсчета (прео разователь фаза - напряжение). Напр жение с выхода фазометра 13 поступа ет на преобразователь 20 напряжение код. Дешифратор 17 вырабатывает сигнал управления ключевыми элементами , при этом влюбой момент времени только один ключевой элемент может находиться в открытом состоянии, т.е. сигнал на выходе деш1«|)ратора 17 состоит из набора нулей и всегда одной единицы. Кодовая комбинация строится таким образом, что открытым оказывается ключевой элемент tl, 15 или 16 того опорного сигнала, для которого разность фаз между ним и информативным сигналом с приемника 7 меньше величины 4 У . Поэтому фазометр 13 должен измерять разность фаз лишь с точностью до величины Ч Этот сигнал грубого отсчета через дешифратор 19 подается в регистратор. Точный отсчет осуществляется фазометром 21. Его диапазон измерений может быть мал и составлять величину Ч у Этот отсчет также поступает в регистратор 22, где суммируется с грубым отсчетом. Таким образом, точность измерения разности фаз и поэтому точность автоколлимационных измерений повышается, поскольку фазометр точного отсчёта работает в малом диапазоне измерений и обеспечить высокую точность такогЬ фазометра можно весьма простыми средствами, например, применив фазовый детектор. Фазовые детекторы имеют в диапазоне фазовых углов± 5 нелинейность статической характеристики преобразований /«П,55, а в диапазоне ±180 S% и более. Следовательно, применение четырехфазного генератора опорного напряжения даст возможность повысить на порядок точность измерений.

«о

Ч V tf / Мтоколлимационное изображение QnopH6ie изо5рап(ениа Фиг.1 Hanoedjjeme скан(робан1ля

Фыг.3