Устройство для измерения угла поворота объекта Советский патент 1987 года по МПК G01B9/02 

светоделитель 9, кольцевой отражатель 13 и линзу 8. Из линзы 8 пучок света выходит коллимированным и направляется на преобразователь 25 угла поворота, где пучок дифрагирует. Пучок лучей, прошедший преобразователь 25, распадается на два луча которые направляются в призму-триэдр 17, взаимодействуют с ее гранями и направляются соответственно в строго обратных направлениях, но смещенных относительно первоначальных. Далее лучи падают на преобразователь 25,

1

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим индикацию углов поворота объекта относительно базового.

Целью изобретения является повышение точности за счет устранения ошибки, вызванной неплоскостностью поверхностей оптического преобразователя .

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, аксонометрияi на фиг.2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг.1.

Устройство содержит осветитель в виде четырех светодиодов 1-4 (фиг.1) и четырех линз 5-8 (фиг. 2 и 3), че- тьфе двухлучевьпс интерферометра, расположенных симметрично относительно оси вращения по разные стороны, каждый из которых включает один из светоделителей (фиг. 2 и 3) 9-12, в од ном потоке излучения от каждого из них расположены кольцевые отражатели 13-16 и призмы-триэдры 17-20, в другом - фотоприемники 21-24, регистрирующий блок (не показан) и преобразователь 25 угла поворота, устанавливаемый на одном валу 6 с контролируемым объектом 27, преобразователь 25 выполнен в виде кольцевой дифракционной решетки с прямолинейными и параллельными штрихами, каждая призма-триэдр 17-20 выполнена с вершиной усеченной плоскостью, параллельной плоскости основания, призма-триэдр 17-20 и кольцевой отражатель каждого интерферометра установлены так.

на кольцевой отражатель 13 и возвращаются по тому ке пути в строго обратном направлении. Затемjотразившись от светоделителя 9, лучи попадают в фотоприемник 21. При повороте преобразователя 25 во всех четырех интерферометрах происходит смещение интерференционных полос, которое регистрируется соответствующим фотоприемником. Сигналы с фотоприемников 21, 22, 23 и 24 поступают в соответствующие сумматоры, информация с которых в дальнейшем обрабатывается. 3 ил.

что являются общими для опорного и информационного потоков каждого интерферометра.

Работу устройства рассмотрим на

примере одного из четырех интерферометров.

Пучок света от светодиода 2 (фиг. 1) проходит последовательно светодели- тель 9, центральную прозрачную часть кольцевого отражателя 13 и линзу 8. Из линзы 8 пучок света выходит коллимированным и направляется на преобразователь 25 угла поворота. На

преобразователе 25 пучок сввта дифрагирует, т.е. распадается на ряд имеюлщх разные порядки дифракции световых лучей. Преобразователь 25 выполнен так, что максимальная энергия дифрагированных лучей концентрируется поровну в лучах, например, порядка дифрй кции.

Пучок света, прошедший преобразователь 25, распадается на два световых луча ±1-го порядка дифракции, которые направляются в призму-триэдр 17, взаимодействуют с ее гранями и направляются соответственно в строго обратных направлениях, но смещен.ных относительно первоначальных.

Далее лучи ±1-го порядка падают на преобразователь 25 в точки, симметрично расположенные относительно оптической оси светодиода 2, дифрагируют на ней также, как лучи +1-го порядка дифракции, а затем лучи одного и того же (при двойном дифраги- ровании) порядка дифракции падают на

отражающую поверхность кольцевого оражателя 13, установленную перпендикулярно им, и возвращаются по тому же пути в строго обратном направлении, т.е. проходят последовательно преобразователь 25, дифрагируют на нем, направляются в призму-триэдр 17, претерпевают в ней отражения и направляются вновь на преобразователь 25, претерпевая 4e JS;BepTbift раз дифракцию.

На преобразователе 25 световой- луч, претерпевший четыре раза дифракцию ±.1-го порядка, интерферирует со световым лучом, претерпевшим четыре раза дифракцию минус 1-го порядка. Интерферирующие лучи проходят последовательно линзу 8 и центральную прозрачную часть кольцевого отражателя 13 и, наконец, отразившись от свето- делительного покрытия светоделителя 9, попадают в фотоприемник 21.

Принцип действия второго,третьего и четвертого интерферометров аналогичен принципу действия первого интерферометра. Для исключения наложения на интерференционные картины световых лучей 0-го порядка дифракции, которые не несут измерительной информации, углы при вершине всех призм-триэдров срезаны.

При повороте преобразователя 25 во всех четырех интерферометрах происходит смещение интерференционных полос, которое регистрируется соот- ветству&)щим фотоприемником.

Электрические сигналы с симметрично расположенных относительно оси вращения фотоприемников 21-24 поступают в соответствующие сумматоры (не показаны).

Благодаря этому сигналы с симметрично расположенных фотоприемников 21-24 при повороте преобразователя 25 суммируются, а при его ли- нейном смещении, например, вследствие его радиального биения - вычитаются.

5

5

0

0

5

0

С сумматоров электрические сигна- лы в виде импульсов поступают в вычислительное устройство (не показано) , в котором они отрабатываются и выдаются в необходимом виде оператору.

В устройстве за исходное (нулевое) положение преобразователя 25 принимается положение, при котором его штрихи параллельны плоскости, проходящей через оптические оси свето- диодов 1-4 симметрично расположенных интерферометров.

Ф-о рмула изобретения

Устройство для измерения угла поворота объекта, содержащее осветитель, два двухлучевых интерферометра, каждый из которых включает светоделитель, в одном потоке излучения от которого расположены кольцевой отражатель и призма-триэдр, в другом - фотоприемник, регистрирующий блок и преобразователь угла поворота,устанавливаемый на одном валу с контролируемым объектом, оба интерферометра располагаются симметрично относительно оси вращения объекта, о т- Личающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено двумя двухлучевыми интерферометрами, выполненными идентично п-ер- вым двум и установленными симметрично оптическим осям двух первых, призма-триэдр и кольцевой отражатель каждого интерферометра установлены таким образом, что являются общими для опорного и информационного потоков каждого интерферометра, преобразователь угла поворота выполнен в виде кольцевой дифракцио нной решетки с прямолинейными и параллельными друг другу штрихами, осветитель - в виде последовательно расположенных четырех све- тодиодов и четырех призм, а каждая призма-триэдр выполнена с вершиной, усеченной плоскостью параллельной плоскости основания.

Вид A

5

16

12 ff

.. D

Фиг.2

В ид 6

.27

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим индикацию углов поворота объекта относительно базового. Целью изобретения является повышение точности за счет устранения ошибки, вызванной неплоскостностью поверхностей оптического преобразователя. Рассмотрим работу устройства на примере одного из четырех интерферометров. Пучок света от све- тодиода 2 проходит последовательно U27 д.ID ьо гг 00 СП со