Устройство для измерения углов Советский патент 1991 года по МПК G01B21/22 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частное- ти к оптико-электронной, и может быть использовано для измерения уг- ловых отклонений от направления на источник света.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений и повышени точности за счет увеличения поля эре ния и применения опорных точек отсчета.

На фиг. 1 показана структура устройства для измерения углов; на фиг. 2 - пластина ортоферрита с маг- нитами; на фиг. 3 - сигнал с фотоприемника; на фиг. 4 - диаграмма сигналов на всех элементах схемы.

Устройство содержит диафрагму 1 с круглым отверстием 2. Диафрагма 1 расположена в фокальной плоскости прожекторного объектива 3. Отверстие 2 и первый объектив 3 соосны. За объективом установлены последовательно оптический фильтр 4, поляриза тор 5, магнитооптический модулятор 6 света, анализатор 7, второй объектив 8, в фокальной плоскости которого расположен фотоприемник 9. Поляризатор 5 и анализатор 7 скрещены. Отверстия 2, объективы 3,8 и фотоприемник 9 соосны. Магнитооптический модулятор 6 света состоит из соленоида 10, прямоугольной пластины 11 ортоферрита. По краям пластины 11 закреплены полоски 12,13 постоянных магнитов с противоположно развернутыми полюсами. Между объективом 3 и фильтром 4 по краям объектива 3 установлены полупрозрачное 14 и отражающее 15 зеркала, которые оптически связаны с установленным со стороны полупрозрачного зеркала 14 источником 16 света, например светодиодом. Выход генератора 17 пилообразного напряжения подключен к соленоиду 10 и дифференцирующему усилителю 18. Фотоприемник 9 подключен к дифференцирующему усилителю 19 Выходные сигналы устройства снимаются с выходов 20, 21 дифференцирующих усилителей.

Устройство работает следующим образом.

Если по краям пластинки 11 ортоферрита прикрепить полоски противоположно развернутых по полярности постоянных магнитов 12,13, то в орт феррите образуются две доменные об

0 5

0

5

0

5

0

5

ласти. Полоски магнитов могут быть подобраны по величине создаваемой ими напряженности магнитного поля такими, что в месте пересечения с ортофер- ритом линейно изменякмдегося вдоль поверхности ортоферрита магнитного поля образуется прямолинейная граница между двумя доменами с противоположно направленными магнитными моментами. С помощью управляющего магнитного поля соленоида 10 можно смещать доменную границу параллельно самой себе в перпендикулярном к ней направлении. Скорость сканирования может быть сделана постоянной или переменной в зависимости от закона управляющего тока в соленоиде 10, В данном устройстве скорость постоянна. Быстродействие ортоферритов весьма значительно. 1 1ирина доменной границы менее 0,3 мкм. Тонкие пластины ортоферритов прозрачны в видимой и инфракрасной области спектра. Магнитооптические свойства ортоферритов сохраняются в слаборасходящемся пучке света при малых углах падения света (менее 4°). Удельное фарадеев- ское вращение уменьшается по мере продвижения в инфракрасную область. Поэтому для повышения кратности модуляции поляризованный свет целесообразно спектрально ограничивать.

Угломерное однокоординатное измерение производится следующим образом. Слаборасходящийся пучок 22 света после прохождения отверстия 2 и преломления прожекторным объективом 3 пересекает пластину 11 ортоферрита в виде пучка 23 малого сечения, например, в месте 24 и через объектив 8 поступает на фотоприемник 9. Пусть в исходном состоянии управляющий ток в соленоиде 10 мал, и доменная граница 25 находится в крайнем левом положении, а захватившие ортоферрит домены прозрачны для поляризованного пучка после объектива 3 и поляризатора. Доменная область 26 прозрачна для поляризованного света, а область 27 - непрозрачна. Опорные пучки 28 и 29 света, получившиеся из пучка 30 света от источника 16 света, также поляризованные, поскольку они пересекают поляризатор 5. Пластину 11 ортоферрита пучки 28,29 пересекают соответственно в местах 31 и 32. Перемещающаяся граница 25 захватывает и места 31 и 32.

5н г

Когда доменная граница 25 находится левее пучка 28 (места 31), на фото приемник 9 поступают псе три пучка 28, 23, 29 и выходной сигнал с Лото- приемника 9 .т максимальное значение И|. Продпижепне под действием управляющего полл соленоида междоменной границы 25 вправо последовательно отсекает пучки 28,23,29 (в местах 31,24,32), а уровень сигнала с фотоприемннка 9 становится равным соответственно И,, И) Иф. Расстояние между осями пучков 28, 29 равно Х0. Оно неизменно. Поэтому сигнальный интервал времени, соответствуют) этому расстоянию Хр, служит опорным, учитывающим изменения оптических и магнитооптических свойств оптического тракта, а также характеристик электроники, неизбежных в широком интервале внешних воздействии.

На фиг. 4а показано управляющее пилооОрггзпое напряжение от генератора 17 на соленоиде 10. В моменты врешнх углошгх скоростях вращения платформы, на которой может быть установлено устройство.

Может быть обеспечена любая форма поля зрения с помощью второй диафрагмы с отверстием нужной формы, установленной в произвольном месте между объективами 3,8.

Из 15 мм длины ортоферрита расходуется: на два магнита 2x2 мм; на пучки света 28,29 - 3 мм. Следовательно, для перемещения пучка 23 света остается 8 мм. При фокусном расстоянии объектива мм получается достаточно большое поле зрения i45 . При обратном ходе доменной границы - справа налево, в моменты времени t ,(,... - три импульса, возни- каилцие при пересечении пучков 29,23, 28 (на клег(ме 20), практически сливаются в один, так как фронт обрыва пилообразного напряжения вертикальШЛИ.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является расширение диапазона измерений и повышение точности за счет увеличения поля зрения и при16 менения опорных точек отсчета. В модуляторе 6 устройства имеется соленоид Ю и прямоугольная пластина 11 ор- тоферрита, по краям которой закреплены разноименные полоски 12,13 постоянных магнитов. R силу своих физических свойств при подаче напряжения пластина 11 ортоферрита позволяет как бы возникнуть ситуации, сходной с действием подвижной шторки, а применение оптически связанных полупрозрачного 14 и отражающего 15 зеркал позволяет создать на краях пластины 1 1 ортоферрита две опорные световые метки. 4 ил. / V/ 2- Гг # 1 3 СП о СП го 00 to to

мени t, нt g доменная граница 25 находится, соответственно, в крайних левом и правом положениях. На фиг.4б показаны выходные, импульсы на клемме 21 после дифференцирующего усилителя 18. На фиг. 4в показано изменение выходного сигнала И фотоприемника 9 в процессе сканирования доменно границы 25. На фиг. 4г показаны выходные импульсы на клемме 20 после дифференцирующего усилителя 19.

Пусть фокусное расстояние объектива 3 равно f. Тогда измеряемый угол СР равен (| arrtR(x/f),

,,„ . п« .T-j/ С i« i где х(-;;- - -----.х0).

Типичные размеры пластины 11 ортоферрита 15x15x0,1 мм, а магнитов 12,13 - 15x2x0,5 мм. Управляющее магнитное поле соленоида 10 - до десятков эрстед. Частота модулирующих сканов - до 30 кГц и более. В качестве фотоприемника можно использовать кремниевый фотодиод. Пучки света 28,23,29 имеют ;;иаметр j 1мм. Спектральный фильтр 4 может быть составным, например in стекол КС-10 и СЗС-23.

Поскольку частота модулирующих ск нов высока.ч, высокая угломерная точность сохраняется даже при боль0

0

Формула изобретения

Устройство для измерения углов, содержащее последовательно установленные диафрагму с отверстием, объектив, установленные соосно в фокальной плоскости первого объектива, оптический фильтр, поляризатор, магнитооптический модулятор света, сос5 тоящий из сердечника и соленоида, анализатор, второй объектив и фото- приемник, первый дифференцирующий усилитель, генератор пилообразного напряжения, подключенный к соленоиду и к входу первого дифференцирующего усилителя, и второй дифференцирующий усилитель, вход которого соединен с фотоприемником, отлич а ю - ш е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений и повышения точности, оно снабжено источником света, полупрозрачным и отражаю- irpiM зеркалами, оптически соединенными с ним, сердечник модулятора выполнен в виде пластины ортоферрита с закрепленными на ее краях постоянными магнитами, зеркала установлены между первым объективом и оптическим фильтром над краями штлстины ортоферрита,

5

0