Фотоэлектрический преобразователь углового перемещения в фазоимпульсный код Советский патент 1991 года по МПК H03M1/22 H03M1/24 

1

(21)4686115/24 (22) 19.05.89 (46)30.10.91. Бюл. №40

(71)Могилевское отделение Института физики АН БССР

(72)В.И.Сивуха, А.В.Томов, И.Г.Войтенко и В.П.Редько

(53)681.325(088.8)

(56)Домрачев В.Г., Матвеевский В.Р., Смирнов Ю.С. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений. Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 26-34.

Авторское свидетельство СССР N° 641484. кл. Н 03 М 1/22, 1977. (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В ФАЗОИМПУЛЬСНЫЙ КОД (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для

цифрового измерения угловых перемещений. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости преобразователя путем отделения его преобразующей части от объекта измерения. Это достигается тем, что в преобразователь, содержащий источник 1 излучения, зеркало 2, фотоприемники 12, введено эллиптическое зеркало 4, оптический блок 5 аналого-цифрового преобразования, содержащий призменное устройство ввода излучения, пленарные волноводы, диэлектрическую подложку и оптические волокна и блок 3 компараторов. Преобразователь нечувствителен к электромагнитным помехам, так как с помощью эллиптического зеркала 4 и оптических волокон можно удалить фотоэлектрическую и электронную часть из области измерений в надежно защищенное от электромагнитных помех место. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СО

С

f

о

00 00 О

о

Фиг.1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для цифрового измерения угловых перемещений в системах автоматического управления.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости преобразователя путем отделения его преобразующей части от обьекта измерения.

На фиг.1 изображена схема преобразователя; на фиг 2 - структурная схема блока аналого-цифрового преобразователя.

Преобразователь содержит источник 1 излучения, выполненный в виде лазера, зеркало 2, блок 3 компараторов, эллиптическое зеркало 4, оптический блок 5 аналого-цифрового преобразования, содержащий приз- менное устройство 6 ввода излучения, пленарные волноводы 7-9, диэлектрическую подложку 10 и оптические волокна 11, фотоприемники 12, Зеркало 2 установлено на оси вращения обьекта 13 в фокусе эллиптического зеркала 4.

Преобразователь работает следующим образом.

Световой пучок, испускаемый лазером 1, отражается от зеркала 2, закрепленного на оси обьекта 13, угловое перемещение которого измеряется. Ось вращения обьекта 13 находится в фокусе эллиптического зеркала 4. Эллиптическое зеркало 4 обладает тем свойством, что все лучи, исходящие из одного его фокуса, собираются в другом. Во втором фокусе зеркала 4 размещена входная плоскость призменного устройства 6 ввода излучения оптического блока 5 аналого-цифрового преобразования. Повороту зеркала 2 соответствует изменение угла возбуждения волноводов 7-9 в блоке 5, что приводит к появлению на выходе блока 5 числа, величина и знак которого соответствует величине и направлению поворота объ- екта 13 от некоторого начального положения.

Эффективные показатели преломления Пэфф.) мод пленарных волноводов 7-9, имеющих параболическое распределение показателя преломления описываются выражением

п1фФ| п -(4)+3), .12

где пг - значение показателя преломпения на поверхности волновода 7-9;

к - волновое число в вакууме;

j - номер моды;

х0 - параметр параболы.

Если разности между эффективными показателями преломления соседних мод много меньше самих эффективных показа

телей преломления, то эти разности можно считать одинаковыми для всех мод и JM. В призменном устройстве б ввода эффективный показатель преломления и угол возбуждения связаны следующим образом

tp - arcsin np sin (у- arcsln )

где р - угол возбуждения j-й моды;

пр - показатель преломления призмы ; у- угол основания призмы.

5

Подобрав у - arcsin (

Пр

лагаяпо-прежнему,

Д П Пэфф) + 1 - Пэфф) Пэфф ,V J

получим

пр Д п

) и почто

Ду /} + 1

п1фф) Таким образом, разности углов возбуж0 дения одинаковы для любых двух соседних мод J и J+1.

Число, соответствующее изменению угла возбуждения, формируется в оптическом блоке 5 аналого-цифрового преобразования

5 следующим образом.

Изменение угла возбуждения со временем приводит к поочередному возбуждению волноводных мод в каждом волноводе 7-9. Т.е. на выходных торцах волноводов 7-9

0 получают серии световых вспышек, количество которых пропорционально изменению угла возбуждения. Если угол возбуждения меняется в сторону возрастания, то сразу за вспышкой в волноводе 7 следует вспышка в

5 волноводе 8. Если угол возбуждения меняется в сторону убывания, то за вспышкой в волноводе 7 следует вспышка в волноводе 9. К выходам компараторов блока 3 может быть подключен реверсивный счетчик, кото0 рый увеличивает (уменьшает) свое содержимое на единицу, если сразу вслед за электрическим импульсом, соответствующим вспышке в волноводе 7, приходит импульс, соответствующий вспышке в

5 волноводе 8 (волноводе 9). Таким образом, на выходе реверсивного счетчика формируется число, соответствующее углу поворота обьекта.

Точность преобразователя равна рас0 стоянию между соседними модами по углу возбуждения Дуэ. Динамический диапазон характеризуется величиной N Ду), где N - количество мод в каждом волноводе 7-9. Формула изобретения

5 1- Фотоэлектрический преобразователь углового перемещения в фазоимпульсный код, содержащий источник излучения, оптически связанный с зеркалом,и фотоприемники, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости преобразователя, в него введены оптический блок аналого-цифрового преобразования, блок компараторов и эллиптическое зеркало, в одном из фокусов которого расположено зеркало, закрепленное на оси вращения объекта, а в другом фокусе - входная плоскость оптического блока аналого-цифрового преобразования, выходы которого оптически соединены с фотоприемниками, выходы которых соединены с входами одно- именных компараторов блока, причем источник излучения выполнен в виде лазера. 2, Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что оптический блок аналого- цифрового преобразования выполнен в ви- де призменного устройства ввода излучения, расположенного на диэлектрической подложке, плоскость которой парал- лельна оси вращения объекта, в диэлектрической подложке размещены три

параллельных пленарных волновода, вол- новодные моды которых имеют углы возбуждения, связанные соотношениями

01 +i.j-yi| Vl J : 1 3 1 О .5

где ЈHj - угол возбуждения 1-й моды j-ro волновода, против выходов пленарных волноводов размещены входные торцы оптических волокон, одна из поверхностей призменного устройства ввода излучения и выходные торцы оптических волокси являются соответственно входной плоскостью и выходами оптического блока аналого-цифрового преобразования.

фиг 2