Отметчик одного оборота вращающегося кольцевого лазера с оптическим смесителем Советский патент 1993 года по МПК G01B21/22 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к контрольно-измерительным устройствам для бесконтактного измерения, плоских углов на основе вращающегося кольцевого лазера (КЛ). Более конкретно, предложение относится к измерителю полного угла поворота КЛ, формирующему сигнальную метку при повороте КЛ на один полный оборот (в дальнейшем отметчик одного полного угла поворота КЛ). Такие отметчики являются обязательными функциональными элементами устройств для измерения на основе вращающихся КЛ.

Целью изобретения является повышение точности, надежности и упрощение конструкции отметчика одного оборота КЛ.

На фиг. 1 представлен вариант исполнения КЛ со светоделительным элементом; на фиг.2 - блок-схема отметчика; на фиг.З - диаграмма работы отметчика.

Отметчик одного оборота вращающегося КЛ содержит кольцевой лазер 1, светоде- лительный элемент в виде кубика 2, фотоприемное устройство в виде трехпло- щадочного фотоприемника 3, блок формирования сигнала отметчика 4. В состав блока формирования сигнала отметчика входит первый усилитель-формирователь 5, второй усилитель-формирователь 6, третий усилитель-формирователь 7, умножитель частоты 8, арифметическо-логическое устройство 9. в состав устройства 9 входят счетчики 10 и 11, цифровой компаратор 12, одновибрато- ры 13 и 14, схема ИЛИ 15.

00

СА) СП

2

чэ

Сл

Отметчик КЛ работает следующим образом.

В кольцевом резонаторе 16 кольцевого лазера 1 распространяются две встречные волны I и II. С помощью смесительной прмз- мы 17, создается интерференционная картина, которая, отражаясь от зеркала 18, попадает через светоделитель 2 на фото- прмемник 19 и фотопрмемник 3, расположенный на неподвижном основании.

Таким образом, при отсутствии вращения, т.е. интерференционная картина стационара, т.е. неподвижна.

При вращении КЛ интерференционная картина перемещается со скоростью, определяемой частотой биений. Расстояние между соседними полосами L равно , Я L 27T0 где 1-длина волны излучения;

п - показатель преломления призмы; в- отклонение угла при вершине призмы от 90°..

Следовательно, при использовании фотоприемника с размером чувствительной площадки много меньшим расстояния между полосами интерференционной картины, фиксируется скорость прохождения максимумов интенсивности картины интерференции чувствительной площадкой фотоприемника 19. При постоянной угловой скорости вращения КЛ на выходе фотоприемника 19 имеется синусоидальный сигнал, период которого Тим будет постоянен и равен

1

Тмм -

FP

Фотоприемник 3 фиксирует ту же самую интерференционную картину, что и фотоприемник 19, но так, как он расположен на неподвижном основании., то та же картина будет появляться на фотоприемнике 3 с периодом повторения поворота ЮТ Т0б 2 тт. Количество прошедших полос будетопреде- ляться временем ТПр, которое много больше, чем Тим, так как угловой размер площадок фотоприемника 3 больше, чем угловой размер, соответствующий времени Тим Тпр (102...104) Тим. Это соотношение тем выше, чем больше длина периметра кольцевого лазера, Поскольку поле интерференционной картины движется по площадкам фотоприемника 3, то выходной сигнал на краях площадки по амплитуде будет уменьшаться (фиг.Зб, в). Выходной сигнал первой или третьей площадок (в зависимости от направления вращения) фотоприемника 3 показан на (фиг.З б), а второй на (фиг.Зв). Эти сигналы смещены друг

относительно друга на величину расстояния между площадками фотоприемника. Сигналы с трех выходов фотоприемника 3 поступают на входы первого, второго и третьего

усилителей-формирователей (фиг.2) 5, б, 7, где из аналогового сигнала формируются прямоугольные импульсы (фиг.З г,д). Следует отметить, что число импульсов в пачке М0 на первом, втором и третьем входах фото0 приемника будет одинаково ввиду того, что геометрические размеры светочувствительных площадок фотоприемника одинаковы и сделаны из одного материала, причем мгновенное изменение угловой скорости враще5 ния КЛ не будет оказывать влияние на количество импульсов в первой, второй и третьей пачке, так как размер площадок фотоприемника мал, также как и.расстояние между ними, а огибающая импульсов, следу0 ющих в пачке, будет симметрична относительно центра тяжести пачки. При вращении КЛ, например, вправо пачка с числом импульсов Ыо (фиг.Зг) сформированная усилителем формирователем 5 (фиг.2)

5 поступает через схему ИЛИ 15 на вход счетчика 11 арифметическо-логического устройства 9 (фиг.2). Пачка с числом импульсов N0 (фиг.Зд), сформированная усилителем-фор- . мирователем 6, поступает на вход частоты 8

0 (фиг.2), умножитель частоты формирует пачку с числом импульсов 2 No (фиг.Зе). Импульсы с выхода умножителя частоты 7 (фиг.2) поступают на вход счетчика 10. Выходной цифровой код с выходов счетчиков

5 ю и 11 сравнивается в цифровом компараторе 12. В момент совпадения кодов на входах цифрового компаратора уровень на выходе перебрасывается с высокого уровня, в низкий (фиг.Зж).

0 По перепаду импульса с выхода цифрового компаратора 12 одновибратор 14 формирует выходной импульс отметчика одного оборота (фиг.З з).

По перепаду импульса с выхода цифро5 вого компаратора 12 одновибратор 13 формирует импульс сброса счетчиков 10 и 11 (фиг.З и). Причем длительность импульса сброса больше времени 2 ТПр, т.е. . При вращении кольцевого лазера 1 вле0 во отметчик работает аналогично, с той лишь разницей, что счетчик 11 подсчитывает импульс от третьей площадки фотоприемника 3, сформированные усилителем-формирователем 7, т.е. при вращении

5 вправо или влево работают пары фотоплощадок (ФП1-ФП2) или (ФПЗ-ФП2).

Выше был подробно описан наиболее предпочтительный с точки зрения конструктивной простоты вариант реализации отметчика одного оборота КЛ, в котором

оптическая связь фотоприемника отметчика и смесителя КЯ осуществлялась с помощью светоделителя. Очевидно, что возможны и другие варианты технических решений, не выходящие за рамки настоящего предложе- ния, например, установка второго смесителя на другом зеркале, связанного только с фотоприемником отметчика, или вариант, когда с выхода единственного смесителя энергии с помощью волоконно-оптическо- го ответвителя поступает на упомянутые фотоприемники, а так же другие варианты, в которых необходимым условием достижения положительного эффекта является наличие оптической связи между выходным смесителем КЛ и фотоприемником отметчика.

Использование предлагаемого отметчика обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества: устраняются погрешности, вызванные технологией изготовления призмы Кестерса, биением оси вращения КЛ относительно неподвижного обоснования, тепловыми флук- туациями окружающей среды, а. так же нестабильностью источника света, кроме того уменьшаются габариты и конструкция устройства.

Ф о р м у л в м з о б р е т е г и я .1. Отметчик одного оборота вращзюще- гося кольцевого лазера с оптическим смесителем, содержащий источник rssvi:, фотоприемник, блок формирований сшваяй отметчика, :шход фотоприемного устройства соединен с входом блока формирования сигнала отметчика, отличающийся т&м,

что, с целью повышения точности и надежности, конструктивного упрощения отметчика путем использования выходного информационного сигнала кольцевого лазера, фотоприемное у ройство выполнено в виде трехплощадочного фотоприемника, оптически связываемого с выходом оптического смесителя кольцевого лазера, а блок формирования сигнала отметчика выполнен в виде трех формирователей импульсов, умножителя частоты и трехвходового арифме- тическо-логического устройства, первый аыход трехплощадочного фотоприемника через первый формирователь импульсов соединен с первым входом арифметическо-логического устройства, второй выход фотоприемника через последовательно соединенные второй формирователь импульсов и умножитель частоты - с вторым входом арифметическо-логического устройства, третий выход трехплощадочного фотоприемника соединен с третьим входом армфметическо-логического устройства.

2, Отметчик пагт.1,отличающий- с я тем, что арифиетическо-логкческое уст- ройстзо выполнено в е-мде двух счетчиков со счетными ; упр;.злйющймм вводами, цифрового компаратора с дсумя входами, двух од- иовибраторов и схемы ИЛ$. причем входы М Фрозого компсрйторз через счегчики и И/1И оьяо&ны с соответствующими эходйми зрифмепчческо-логическиго устройства, а выход компаратора через первый одновибоатор с-в-язан с выходом устройства, з через второй - с управляющими входами счетчиксп.

faxfffSM

со со ел о

Јь

to

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности, надежности и упрощение конструкции отметчика одного оборота. Отметчик одного оборота вращающегося кольцевого лазера содержит сопряженное с кольцевым лазером свето- делительным элементом, фотоприемное устройство, блок формирования сигнала .отметчика. Новым в отметчике является то, что в нем отсутствует дополнительный когерентный источник света,„фотоприемное устройство выполнено в виде трехплоща- дочного фотоприемника, а блок формирования 4 выполнен в виде формирователей 5, 6, 7, умножителя частоты 8 и арифмети- ческо-логического устройства 9. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. чиfe