Устройство для измерения угла поворота объекта Советский патент 1983 года по МПК G01B9/02 

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к интерференционным устройствам для измерения угла врсэдения объектов, и может быть использовано в качестве прецизионного датчика угловых перемещений .

Известно устройство для измере-г ййя угла поворота объекта, содержащее источник излучения, двухлучевой интерферометр, преобразователь угла- поворота и регистрирующий блок В- Качестве, преобразователя угла поворота в указанном устройстве испЬльэован набор цилиндрических кварцевых дисков, который связан жестко с осью вращения контролируемого объекта, благодаря чему обеспечивается измерение угла вращения до 360 ri более ClJ.

Недостатком устройства является небольшой диапазон измеряемых углов вследствие малой чувствительности кварцевых дисков к изменению относительной разности хода информационных лучей при их вращении и нелинейности этого изменения, которая практически не поддается коррекции,

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения угла поворота объекта, содержащее i источник излучения,: двухлучевой интерферометр, йрёобразователь угла поворота и регистрирующий блок C2J.

В качестве преобразователя угла поворота в известном устройстве использованы плоские концевые отражатели, которые жестко связываются с осью вращения контролируемого объекта.

Недостатком известного устройства является небольшой диапазон измерения угла вращения контролируемых объектов, который ограничивается угловым полем зрения зрительной трубы и как правило не превышает . единиц угловыхградусов,

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых углов.

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения угла поворота объекта, содержащее источник излучения, двухлучевой интерферометр. Преобразователь, угла поворота и регистрирующий блок, снабжено светоделителем и прямоугольной призмой, установленными на выходе излучения из источника, вторым двухлучевым интерфе1рометром, установленным в световом потоке, отраженном от светоделителя, преобразователь угла поворота выполнен в виде оптического клина и установлен на одном валу с контролируемым объектом, соосно с ним, оба интерферометра выполнены идентично и каждый из них йклк1чает оптически

связанные светоделитель, в одном потоке излучения от которого расположены прямоугольная призма, концевой отражатель и призма-триэдр, а в другом - вторая и. третья прямоуголь5 ные призмы, кольцевой отражатель и призма-триэдр, а пара призм-триэд г ров каждого интерферометра неподвижно располагается между контролируемым объектом и оптическим клином 10 на рйвнрм расстоянии от оси враицения вала.

На фиг. 1 и 2 представлены два взаимноперпендикулярных боковых вида устройства.

5 Устройство содержит источник излучения 1, светоделитель 2,.для формирования второго оптического канала, светоделитель 3-й 4 для формирования двух информациойных лучей (J в первом и втором интерферометрах, оптический клин 5, являющийся оптическим преобразователем угла поворота и устанавливаемым на одном валу 6 с контролируемым объектом 7, 5 прямоугольные призмы 8 - 14 и призмы-триэдры 15 - 18, кольцевые отра. жатели 19 - 22 для возвращения со- ;.. ответствующего Луча в обратном направлении, выполненные в виде зар,. кал с отверстием для пропускания соответствующего информационного луча в оптический клин 5, и регистрируквдий блок в виде фотоприемников 23 и 24, первого и второго соответственно интерферометра, и вычисли тельное устройство (не показано ). I

Устройство работает следующим образом.

Пучок света от источника 1 пада0 ет на светоделитель 2. Прошедший светоделитель 2 луч света образует первый оптический канал, а отражен ный от светоделителя 2 луч света образует второй оптический канал. с Луч света первого оптического

канала претерпевает отражение в прямоугольной призме 3 и направляется в светоделитель 3 первого интерферометра, в котором он делится на два информационных луча.

Один информационный луч (прошедший через светоделитель 3/ претерперает отражения последовательно в пpямoyгoльныk призмах 9 и 10, проходит через отверстия в кольцевом

5 отражателе 19, а затем через оптический клин 5 претерпевает отражение в призме-триэдре 15 и направляется смещенным параллельно первоначальному направлению снова в опти0 ческий.клин 5, пройдя который падает на кольцевой отражателе; 19. Так как кольцевой отражатель 19 расположен перпендикулярно падающему на него информационному лучу, то пос5 ледний,возвращается в обратном направлении и попадает на светоделитель 3. Второй информационный луч (отраженный от светоделителя 3) претерпевает отражение в прямоугольной призме 11, проходит через кольцевой отражатель 20, а затем через оптический клин 5, претерпевает отражение в призме-триэдре 16 и направляется смещенным параллельно первоначальному направлению вновь в опти ческий клин 5 и, пройдя его, падает на кольцевой отражатель 20. Так как отражатель 20 также расположен перпендикулярно падающему на него информационному лучу, то последний возвращается в обратном направлении и попадает тоже в светоделитель 3. На светоделительном покрытии светоделителя 3 оба информационных луча первого интерферометра интерферируют друг с другом и направля-: ются в фотоприемник 23. Принцип действия второго интерферометра аналогичен принципу действия первого интерферометра. Луч света второго оптического канала делится в светоделителе 4 на-два информационных луча. Один информационный луч проделывает следующий оптический путь: 12, 13, через отверстие в кольцевом отражателе 21, через оптические элементы 5, 17,5, 21, 5, 17, 5, через отверстие в кольцевом отражателе 21, и через оптические элементы 13, 12 и 4, а второй 14 через отверстие в кольце вом отражателе 22, и через оптичес кие элементы 5, 18, 5, 22, 5, 18, 5, через отверстие в кольцевом отр жателе 22, и через оптические элементы 14 и 4. На светоделительном покрытии светоделителя 4 оба информационных луча второго интерферометра интерферируют друг с другом и направляются в фртоприемник 24. Вычислительное устройство (не показано ) обрабатывает информацию, полученную из фотоприемников 23 и . 24. При вращении оптического клина 5 вокруг оси 6 в плоскости, проходящей через ось вращения и центры отверстий кольцевых отражателей 19 и 20 первого интенферометра, так же как и в плоскости, проходящей через ось вращения и центры отверстий кольцевых отражателей 21 и 22 второго интерферометра, происходит изменение толщины оптического клина, а следовательно, и изменение оптической длины пути информационных лучей, т.е. в обоих интерферометрах возникает между информационными лучами относительная разность хода ДР . Если принять положение оптического клина 5, при котором ребро двугранного угла клина параллельно плоскости, проходящей через ось 6 и центры отверстий кольцевых отражателей 19 и 20, за исходное и учитывать, что плоскость, проходящая через ось 6 и центры отверстий кольцевых отражателей 19 и 20, перпендикулярна плоскости, проходящей через ось 6 и центры отверстий кольцевых отражателей 21 и 22,-то при повороте оптического клина на угол Ч относительно указанного его исходного положения толщина клина в месте прохождения через него, как одного, так и второго луча первого интерферометра меняется по закону trksinS(1) Определение угла в предлагаемом устройстве требует совместной обработки информации, поступающей с регистраторов интерференционной картины первого и второго интерферометров. Каждое отдельно взятое уравнение системы, описывающее изменение разности хода в первом или втором интерферометре, не позволяет однозначно определить углы поворота.

20If

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ . УГЛА ПОВОРОТА ОНЬЕКТА, содержащее источник излучения, двухлучевой интерферометр, преобразователь угла поворота и регистрирукмдий блок, от ли ч а ю щ её с я тем, что, с целью расширения диапазона- измеряемых углов, оно снабжено светоделителем и прямоугольной призмой, установленными на выходе излучения Zik/f l7 22 из источника, вторым двухлучевым интерферометром, установленным в световом потоке, отраженном от светоделителя, преобразователь угла поворота вьтолнен в виде оптического клина и установлен на одном валу с контролируемым объектом, соосно с ним, оба интерферометра выполнены идентично и каиодый из них включает оптически связанный светоделитель, в одном потоке излучения от которого расположены прямоугольная призма, кольцевой отражатель и призма-триэдр, а в другом - вторая и третья прямоугольные призмы, кольцевой отражётель и призма-триэдр,,а пара призм-триэдров каждого интерферометра неподвижно располагается мегкду (Л контролируемым объектом и оптическим клином на равном расстоянии от оси вращения вала. g 05 о CD ОЭ OO