ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК УГЛА Советский патент 1972 года по МПК G02B27/30 

Изобретение относится к области приборосироения, в частности, к датчикам угла и может найти применение в системах автоматического контроля, црИборах ориентации космических летательных аппаратов, в геодезических прибоpax.

В известных автоколлимадиолных датчиках угла с разделительной усеченной пирамидой и несколькими фотоприемниками, выдающими сигнал о смещении изображения объекта отнОСительно вершины пи,рамиды, для повышения пороговой чувствительности датчика увеличивают фокусное расстояние автоколлимационного объектива или же применяют мощные источники светового потока при соответст1;ующем увеличении угловых размеров фаски пирамиды. Однако при увеличении фокусного расстояния авто коллимационного объектива увеличиваются габариты датчика и уменьшается динамический диапазон измерения углов, а применение мощных источников светового потока приводит к больщи.м температурным -погрещностям вследствие нагрева конструкции датчика и фотоприемников.

Для повышения чувствительности, надежности и расширения рабочего диапазона предлагаемый датчик снабжен опорным .каналом измерения с источником света, двумя фотоприемниками и усеченной призмой, у которой площадь прЯМоугольпой фаски в верщине в два

раза больше площади фаски усеченной призмы основного измерительного канала.

Кроме этого, использова-ние логометрического преобразователя, измеряющего отнощение выходных сигналов измерительного и опорного каналов, позволяет компенсировать температурные погрешности и линеаризовать выходную характеристику датчика.

На фиг. 1 схе.матически изображена принципиальная схема датчика; на фиг. 2 - схема включения фотоприемннков и логометрпческоIo преобразователя.

Двухканальный датчик угла содержит автоколлимационную оптическую систему фор.мирования изображения фасок призм /, 2, -источни.ки света 3, 4, автоколлимационное зеркало 5, светоделительный элемент 6, фотоприемпики 7, 8, 9, 10, включенные соответствующим образом в мостовые измерительные схемы, и логометрически11 преобразователь 11, на входы которого подаются выходные сигналы измерительного и опорного каналов.

Нить накала источников света 3 и 4 проецируется конденсорами 12 и 13 в верщины нрямоугольных призм 1 и 2 с небольшим перекрытием. Две боковые гранп посеребрены, а основания и прямоугольные фаски в их вершинах являются прозрачными. Площадь прямоугольной фаски опорного канала для увеличс1г; я динамического диапазона i использоваii;i5i логомстричсского преоорпзо;-;атсля .-, два раза больше площади фаски приЗМЫ измерител1иЮго канала. Всрилшы 1;} ;одятся в ;1)о: алы;ой плоскости осуьсктпуа 14, поэтому вышедшие из объс ктива лучи попада ют i-a зеркало .5 1аралле;1ы,ым П Ч :Ол1 м (;ГраЗ : М1:1;СЬ от него, иалравляютея обратно к систему. Если угол поворота зеркала равен нулю, т. е. плоскость зеркала перпек.и:к чтяриа оптической оси 051-,-ектпва, то в идеальиом случае (прп ОТСУТСТВИИ дифракцио11П151х 5 в;1ений, аберраций и приндеально плоском зеркале) автоколлпл;адпоп1;ое изображен :; срасо -; ,о:ч) из о.бонх каналов, до.тхию совпадать с самими (Ьаскам г. Однако палич ие езетодедптельного элемС|Нта и приводит к TOMV, что па нзображение фаски 1 змерительного канала па1-:.тадн)1вается нзображенне (1)ас1чп oriopiK)ro т;анала и наоборот-. Поскольку площадь опо.рного бол1)П:е плоп1,адн сраскн нрнзмь измеРител1)ного каНала, то нзобран ение (|)аскн олорного канала будет перекрывать фаску измерительного и па фотон)иемник;г 7 н 8 будет попадать однна овое ,1нчеетво С15етово;о потока, в 1-0 как на фотопр 1ем1 И1уН i и К) 1г лучение .-нс нопадаег.

Пара.метры пзмеритель 1ых .мостовых с.уем подбираются таким образо.м, чтоб1з1 сигналы па их выхода.х былн равпы нулю нрн угле новорота зеркала. 5, ра)ном нулю.

Когда же зеркало поворачивается, то изображенне (|)асок еи-нхронно смеии1ется. Баланс светово1о потока, падаюп1,его па с)отоприе.н1Ики 7 и S, нарун1ается, и иа выходе .моста из.мер;г1ель.1юго ;а1нала поя: ляется сигктал, иропорпиональиый сментен:по изображен ия (Ьаеок из.мер1ггелг-.но1о н онориого ; а 1ало1;. В это же зр::мя на один нз сЬотонрвемннков 9 и 10 глч1 нает попадать Светозой поток, величина которого пропордпопа.тьна омен1свию нзображеипя

фаски только опорного ка|Нала. Сигналы разбаланса мостовых схем обоих каналов подаются на входы электронного логомет.ричеекого преобразователя, 1 ыходная величина которого

пропорциональна отношению двух вхо.т.пы.х и.1 и бо, которые являютея фупкднями повогюта зе,ркала.

Еелн же угол поворота заркала Ла превыснт диапазон измерительного канала (диапазон работв датчика определяется угловы.ми размсра.м.и фаски и фокусиым расстояние.ч объектива), то измерительным каналочм станет отюрный. а опорным будет пз.мерительпын. Ерезультате использовапия второго канала датчик имеет большую чувствительность, диапа3o:iT. а в тшм осуп.1,ествлена телгпературпая компенсацпя.

1.Фотоэлектрически д атчнк угла, содержащий автоколл1.ма ниоипую оптическую снСтему со светоделителвны.м эле.ментом в усеченно прнз.мы с зеркальпы.ми бокозы.ми

грапя.мн и фотопр:Ие1МП КИ, уста 1овлепные против отражающпх гра.пей приз.мы и вкл очениые в .мо::тову1о схему, отличающийся те.м, что, с пелыо повышения чувствительности, надежности и расширения рабочего диапазона, оп

спабжен опорныл канало.м нз.мерения с источником света, фотоприем1гикам 1 и yeene WioA приз.мой, у которой площадь прямоугольной фаски 3 ; ср1пине в два раза больше нлощади фаски призм л ocHOi iHoro из.мерительного ка1ала.

2.Датч 1к по п. 1, отличаюшпися тСл, что, с нелою ко.мпспса.пди темнературпых погропноCTCii, в :ем ЗЫХОД 1 ; ЗМСр Г1еЛЬ Ь Х МОСТОВЫХ

хем подкл:ок.чН)Г к .|огометрическо гу преоб;1;зователю.

n J

7

10