Оптико-электронный угломер Советский патент 1984 года по МПК G01B21/22 

I111

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, например, в геодез -ш, метрологии, машиностроении для измерений угловых перемещений.

Известно устройство для измерения малых УГЛОВЫХ смещений объекта, состоящее из оптически сопряженных плоского зеркала, связываемого с объектом, и жестко связанного источника KorepetfTHoro излучения, второго плоского зеркала и регистрирующего блока, выполненного в виде пленочного волновода с призменным элементом связи, волоконного мазаичного приемника и фотопреобразователя Л .

Известен также оптико-электронный угломер, содержащий установленные последовательно объектив, компенсатор и анализатор изображения, два приемника излучения, два предварительных усилителя, усилитель с фазовым детектором, генератор опор ного напряжения, привод, датчик и выходное устройство. Анализатор выполнен в виде лризмы, делящей изображение объекта на две части ZJ

Недостатком угломеров указанного типа является небольшой диапазон измерений, уменьшающийся по мере повышения требуемой точности и связанный .с нелинейностью статической характеристики компенсатора.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений.

Поставленная цель достигается тем, что оптиКо-электронный угломер, содержащий установленные последова- тельно объектив, компенсатор и анализатор изображения, два приемника излучения, два предварительных усилителя, усилитель с фазовым детектором, генератор опорного напряжения, привод, датчик и выходное устройство, снабжен П - 1 коммутатором, И ехидой совпадения и фазоинвертором, П - 2 приемниками излучения, 11-2 предварительными усилителями, анализатор изображения выполнен в виде волоконно-оптического блока из световодных жгутов, входные торцы которых имеют прямоугольное сечение и объединены в виде линейки, каждый из жгутов волоконно-оптическогоблока соединен с соответствующим .приемни- . ком излучения, а выходы последних соответствующими предварительными усилителями, входы каждой из h - 1 схем

совпадения соединены с предыдущим и последующим предварительными усилителями, выходы схем совпадения соединены с первьми входами соответствующих коммутаторов, к второму входу каждого из которых подключен генератор опорного напряжения, а к третьем и четвертому - предьщущий и последующий предварительные усилители, выходы ul + 1 коммутаторов соединены между собой и подключены через фазоинвертор к первому ходу усилителя с фазовым детектором, к второму вход которого подключены соединенные между собой выходы 2 коммутаторов, генератор опорного напряжения соединен с третьим входом усилителя- с фазвым детектором, выход последнего подключен кприводу, соединенному с компенсатором, выход которого соединен с датчиком, а выход последнего и выходы схем совпадения соединены с соответствующими входами выходного устройства.

Кроме того, с целью повышения точности измерений, в волоконно-оптическом блоке линейка, состоящая из входных Торцов световодных жгутов, профилирована по цилиндрической поверхности с радиусом, равным фокусному расстоянию объектива.

На чертеже изображена блок-схема оптико-электронного угломера.

Оптико-электронный угломер содержит объектив 1, компенсатор 2, анализатор) 3 изображения, выполненный в виде волоконно-оптического блока иэ П световодных жгутов 4, входные тор цы жгутов имеют прямоугольное сечеии и объединены в виде .линейки, приемников 5 излучения, выходной торец каждого из жгутов волоконно-оптического блока соединен с соответствующим приемником 5 излучения, к выхо дам которого подключены h предварительных усилителей 6, 1 схему Совпадений, П- 1 коммутатор 8, генератор 9 опорного напряжения и усилитель с фазовым детектором 10, с выходами предьиущего и последующего предварительных усилителей 6 соединены схемы 7 совпадения, связанные с первыми входами коммутаторов 8, второй вход каждого коммутатора 8 подключен к генератору 9 опорного напряжения, а третий н четвертый к предьщущему и последующему предварительным усилителям 6.

31

Выходы + 1 коммутаторов 8 подключены непосредственно к усилителю с фазовым детектором 10, угломер содержит также привод 12, редуктор

13,датчик 14 и выходное устройство 15.

Выход усилителя с фазовым детектором 10 связан с приводом 12, свя,занным через редуктор 13 с компенсатором 2. Компенсатор 2 через кинематическую цепь соединен с датчиком

14,к которому подключено выходное устройство 15/ К последнему подключены также выходы схем 7 совпадения.

Угломер работает следующим образом.

Перемещение светящегося объекта в плоскости измерений вызьшает смещение ею изображения в фокальной плоскости объектива 1, где расположен анализатор 3 изображения.

Изображение, попадая на границу раздела входных торцов жгутов 4 анализатора в виде волоконно-оптического блока, делится на две части. Световые потоки засвеченных торцов передаются световодными жгутами 4 на соответствующие приемники 5 излучения. Сигналы с приемников 5 излучения усиливаются предварительными усилителями 6 и далее поступают на коммутаторы 8, попарно объединяющие предварительные усилители 6 соседних приемников 5 излучения. В свази с тем, что соседние предварительные усилители 6 попарно объединены схемами 7 совпадения, включаются те коммутаторы 8, которые объединяют предварительные усилители 6 соседних засвеченных приемников 5 излучения. Электронная коммутация обеспечивается подключениемвторого входа каждого комг утатора 8 к генератору 9 опорного напряжения.

Сигналы с коммутаторов 8 подаются на усилитель с фазовым детектором 10 При этом возникает необходимость учета знака рассогласования. Если считать, что рассогласования в правой половине поля анализатора 3 имеют знак +, а в левой -, то направления компенсации их должны быть противоположными. Поэтому сигналы от, правой половины поля должны быть

63184

протиБофазны сигналам от левой половины. При этом фазовые соотношения для центра поля аналогичны фазовым соотношениям для части поля, которой 5 присвоен знак +. Вследствие этого выходы коммутаторов 8 объединены в две группы. Первая объединяет +1 коммутаторов 8 и подключается к первому входу усилителя с фазовым де10 Iтектором 10 через фазоинвертор 11. .Вторая группа объединяет коммутаторов 8 и подключается непосредственно к второму входу усилителя с фазовым детектором 10. Сигнал с

15 -выхода усилителя с фазовым детектором 10 поступает на привод 12, приводящий в движение оптический элемент компенсатора 2. При этом полярность выходного сигнала определяет направ20 ление этого движения в сторону уменьшения рассогласования. При достижении равенства световых потоков, приходящих на соседние входные тоЬцы световодов анализатора 3, сигнал на

5 выходе усилителя с фазовым детектором 10 исчезает и движение компенсатора 2 прекращается. Изменение .положений компенсатора 2 фиксируется датчиком 14. Сигнал с датчика 14

0 подается на выходное устройство 15. t

Следовательно, обеспечивается точный отсчет измеряемого углового положения объекта. В связи с тем, что к выходному устройству 15 подключе5 ны схемы 7 совпадения, оно позволяет определить на какой паре соседних входных торцов анализатора 3 находится изображение объекта, при этом.фиксируется грубьй отсчет из0 меряемого положения объекта.

Профилирование линейки волоконнооптического блока, состоящей из входных торцов световодных жгутов 4, по цилиндрической поверхности с радиу5 сом, равньм фокусному расстоянию

объектива 1, позволяет повысить точность измерений за счет компенсации нелинейной зависимости между сдвигом изображения в плоскости анализа и

0 измеряемым углом.

Таким образом, использование предложенного устройства позволяет увеличить диапазон измеряемых углов при сохранении точности измерений.

1. ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ УГЛОМЕР, содержащий установленные последовательно объектив, компенсатор и анализатор изображения, два приемника излучения, два предварительных усилителя, усилитель с фазовьм детектором, генератор опорного напряжения, лривод, датчик и выходное устройство, отличающийся, тем, что, с целью расширения диапазона измерений, он снабжен п - 1 коммутатором, h- 1 схемой совпадения и фазоинвертором, 11-2 приемниками излучения, П - 2 предварительньми усилителями, анализатор изображения выполнен в ввде волоконно-оптического блока из VI световых жгутов, входные торцы которых имеют прямоугольное сечение и объединены в виде линейки, каждый из жгутов волоконно-оптического блока соединен с соответствующим приемником излучения, а выходы пЬследних с соответствующими предварительными усилителями, входы каждой из ц - 1 схем совпадения соединены с предьщущим и последующим предварительными усилителями, выходы схем совпадения соединены с первыми входами соответствующих коммутаторов, к второму входу каждогоиз которых подключен г,енератор опорного напряжения, а к третьему и четвертому - предьщущий и последующий предварительные усили i-j + 1 коммутаторов тели, выходы L уAJ lAWki fJftJi соединены между собой и подключены через фазоинвертор к первому входу усилителя с фазовым детектором, к второму входу которого подключены (Л соединенные между собой выходы П- 1 коммутаторов, генератор опорного напряжения соединен с третьим входом усилителя с фазовым детектором, выход последнего подключен к приводу, соединенному с компенсатором, выход которого соединен с датчиком, а вы9д ход последнего и выходы схем совпадеСО ния соединены с соответствующими входами выходного устройства. 2. Угломер по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в волоконног оптическом блоке линейка, состоящая КЗ входных торцов световодных жгутов, профилирована по цилиндрической поверхности с радиусом, равным фокусному расстоянию объектива.