Устройство для измерения угловых и линейных перемещений объекта Советский патент 1980 года по МПК G01B11/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности,для измерения угловых и линейных перемещений объекта. Известен фотоэлектрический датчик угловых перемещений, содержащий последовательно расположенные в кор пусе осветитель,подвижный растровый диск, закрепленный на валу, неподви ный растровый диск, экран с отверстиями, расположенными по окружности против отвер стий неподвижного растро вого диска (или регулируемую диафраг му) , и один или два фоточувствитель ных элемента 1 . Указанный датчик угловых перемещений не позволяет получить дискретность отсчета угловых перемещений выше периода оптической дифракционной решетки. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и решаемой задачи является устройство для измерения угловых и линейных перемещений объекта, содержащее последовател но расположенные осветитель, фотоприемник ,оптическую дифракционную решетку, связываемую с объекте, и отражающую систему 2. Отражающая система выполнена в виде линзы, в фокусе которой перпендикулярно оптической оси линзы располагается зеркало. Отражающая система предназначена для про;-:ктирования действительного, перевернутого слева направо и наоборот изображения участка оптической дифракционной решетки на ее тот же самый участок, Известное устройство не позволяет получить дискретность отсчета больше половины периода применяемой дифракционной решетки, что значительно снижает точность измерения малых угловых и линейных перемещений . Целью изобретения является повышение дискретности, и следовательно, точности измерения угловых и линейных перемещений объекта. Указанная цель достигается тем, что отражающая система выполнена в виде диафрагмы с отверстиями, расположенными в соответствии с порядками интерференции луча, продифрагировавшего на оптической дифракционной решетке, и двух зеркал, установленных с возможностью одновременного поворота друг относительно друга.

На чертеже изображена принципиальная схема предла1аемого устройства.

Устройство оодержит осветитель 1 лазер, фотоприемник 2, оптическую дифракционную решетку 3 в форме барабана, жестко закрепленного на оси 4, отражающую систему, вьшолненную в виде диафрагмы 5 с отверстиями, расположенными в соответствии с поряками интерференции луча, продифрагировавшего на оптической дифракционной решетке, и двух зеркал 6, установленных с возможностью одновроиенного поворота друг относительно друга на оси 7, блок индикации 8, жестк закрепленный на основании 9.

Предлагаемое устройство работает следующим образом..

. От осветителя 1 луч лазера с.длиной волны /7- проходя через оптическу дифракционную решетку 3 с периодом решетки d, дифрагирует. В результате дифракции луча образуется серия расходящихся лучей, которая показана на чертеже. Угол расходимости k-ro луча определяется по формуле

sin 1, где k О, 1.2.3 порядок интерференции продифрагировавшего на оптической дифракционной решетке 3 луча. Расходящиеся лучи проходят через соответствующие отверстия диафрагмы 5, Указанное соответствие достигается следующим образом. Если известно расстояние L меж,цу оптической дифракционной решеткой 3 и диафрагмой 5, то расстояние а; iv-зжду отверстиями для пропускания лучей с одинаковым k-buvi порядком интерференции задается следующей формулой: а Прошедшие через диафрагму 5 лучи, отражаются от зеркал 6, имеющих возможность .одновременного поворота на оси 7 в направлениях, показанных на чертеже. Для отражения лучей с k-ым порядком интерференции зеркала поворачиваются на угол, равный углу дифракции этих лучей (в данном cлyчae f) . Отраженные лучи вновь проходят через диафрагму 5 и только два луча, которым зеркала 6 перпендикулярны, пройдут через диафрагму 5 и пересекутся на оптической дифракционной решетке 3 в месте падения исходного луча лазера. Каждый из двух спроектированных зеркалами 6 лучей еше раз подвергается дифракции при прохождении оптической дифракционной решетке 3 и, объединившись эти лучи дают интерференционную картину, которая регистрируется фотопр-иемником 2 и индицируется блоком индикации 8 в метрических или угловых единицах .

При измерении ось 4 оптической дифракционной решетки 3 кинематически соединяется с контролируемым объектом 10, в данном случае показано жесткое соосное соединение. При повороте оптической дифракционной решетки 3 в форме барабана на один период решетки происходит смещение интерференционной картины на 4,8,12 16 и т.д. периодов интерференционно картины, образованной спроктированными зеркалами 6 лучами соответственно первого, второго, третьего, четвертого и т.д. порядков интерференции, что достигается одновременным ступенчатым поворотом обоих зеркал 6 относительно оси. 7.

Использование в качестве отражающей системы диафрагмы, отверстия в которой выполнены в соответствии с порядками интерференции луча, продифрагировавшего на оптической дифракционной решетке, к двух зеркал, установленных с возможностью одновременного поворота друг относительно друга, выгодно отличают предлагаемое устройство для отсчета угловых и линейных перемещений от указанного прототипа, так как повышается дискретность и точность отсчета малых угловых и линейных перемещений, обусловленных изменением дискретности отсчета угловых и линейных перемещений в пределах от 0,25 периода применяемой оптической дифракционной решетки до интерференционного предела, равного половине длины волны лазера.

Формула изобретения

Устройство для измерения угловых и линейных перемещений объ кта, содержащее последовательно расположенные осветитель, фотоприемник, оптическую дифракционную решетку, связываемую с объектом, и отражающую систему, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, отражающая систма вьтолнена в виде диафрагмы с отверстиями, расположенными в соответствии с порядками интерференции луча, продифрагировавшего на оптической дифракционной решетке, и дву зеркал, установленных с возможность одновре -1енного поворота друг относительно друга.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР 377628, кл. G 01 d 5/26, 1966.

2.Патент США W 3524067, кл. 250-219, 1968 (прототип).