Фотоэлектрическое устройство Советский патент 1980 года по МПК G01B11/00 

1

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение при высокоточном измерении угловых и линейных перемещений ра зличньк объектов.

Известно фотоэлектрическое устройство, содержащее последовательно устанавливаемые по ходу излучения от объекта объектив, еветоделительную призму, в каждом из двух потоков излучения от которой последо.вательно размещены конденсатор и отражающее зеркало, блок приемников излучения и усилитель, опорную ветвь, выполненную из последовательно установленных источника излучения, конденсатора, блока приемников излучения и усилителя, модулятор, расположенный центральной частью перед блоком п 1емников излучения; опорная ветвь расположена на периферии модулятора, который перекрывает поток излучения, поступающий на блок приемников излучения опорной ветви l .

Недостатком этого устройства является его чувствительность к изменению сигналов в обоих каналах, что обуславливается изменением размеров изображения объекта относительно прорезей модулятора

лучистого потока и характера распределения энергии в изображении, а также неточной юстировкой. Вследствии этого устройство имеет невысокую точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Для этого устройство снабжено

to синхронньм детектором, связанным входами с выходом блоков приемников излучения, и подключенным на его выход интегратором, модулятор выполнен с двумя растрами, концен15трично нанесенньми на его поверхность: один растр, имеющий одинаковые по ширине прозрачные и непрозрачные участки, размещен на пери- . ферии модулятора, другой, имеющий

20 ширину прорезей, составляющую четверть периода растра, - в его. центральной части, а в качестве конденсора опорного канала использован конденсор, обеспечивающий

25 ширину пучка опорного излучения, меньшую участков периферийного растра, установленный так, чтобы расположение центра изображения источника опорного излучения перекрывалось модулятором одновременно с одним из

30

отоков излучения от светоделительной призмы.

На фиг.1 изображено описываемое устройство; на фиг. 2 - модулятор.

Устройство содержит объектив 1 , ветоделительную призму 2, конденоры 3, 4 , 5, зеркала 6,7, модулятор 8 лучистого потока, блоки 9, 10 приемников излучения, усилители 11, 12 переменного тока, источник 13 излучения, синхронный детектор ,14 и интегратор 15. Источник 13, излучения, конденсатор 5, блок 10 прйеМников излучения и усилитель 12 образуют опорную ветвь. Светоделительная призма 2 является анализатором изображения и установлена в плоскости изображения объекта

(на фиг.1 не показан) , например, в фокальной плоскости, конденсоры 3

и 4 установленьг за светоделительной призмой 2 на пути пучков излучения, отраженного от граней этой призмы. Зеркала б, 7 установлены с двух стоpiOM под углами к осям пучков излучения, обеспечивающими пересечение этих осей в точке, находящейся на чувствительной площадке блока 9 приемников излучения. Центр блока 9 приемников излучения расположен на оптической оси объектива 1. К блокам 9, 10 приемников излучения подключены усилители 11, 12 переменного тока, например, выход которых .

соединен с синхронным детектором 14. Выход синхронного детектора 14 подключен к интегратору 15.

На фиг.2 изображен модулятор 8 лучистого потока. На него нанесены два растра, один из которых расположен в его -Центральной части и имеет

ширину прорезей, составляющую чет- -. верть периода растра, а другой расположен на периферии модулятора и

Имеёт одинаковые по ширине прозрачные и непрозрачные участки. Оба растра расположены концентрично. Ось модулятора в расположена на оптической оси объектива 1, а плоскость его растра .удалена от фокальной плоскости объектива 1 на расстояние, обеспечивающее пересечение осями разд- , военных пучков лучей внутреннего растра и поочередное перекрывание раздвоенных пучков лучей от объекта. Конденсор 5 опорной ветви фокусирует уменьшенное изображение источника 13 излучения в плоскость периферийного растра модулятора 8, а центр этого изображения расположен так. Что оно пересекается модулятором одновременно с одним из потоков излучения от светоделительной призмы 2. Ширина пучка лучей опорного излучения для получения прямоугольной формы модулированного потока выбирается на несколько порТдков меньше прорезей внешнего растра, что обеспечивается выбором

r; lJi; .. . , .. i.

конденсора 5. Вместо линзовых кон денсоров и плоских можно использовать сферические или асферические зеркала, выполняющие функции конденсатора.

- Устройство работает следующим образом.

Поток излучения от объекта фокусируется объективом 1 в плоскость светоделительной призмы 2, делится ее на два потока, которые поо0 чередно проходят через прорези центрального растра и облучают блок 9 приемников излучения. Если объект находится на оптической оси объектива 1, то амплитуды обоих

5 модулированных потоков и соответствующих им напряжений и ии2В цепи блок 9 приемников излучен 1Я равны друг другу. Эти сигналы вместе с сигналом От опорной ветви

0 после усиления.подаются- на вход синхронного детектора 14, на. выходе которого образуется сигнал, пропорциональный произведению указанных сигналов. Величина сигнала

5 на выходе интегратора 15 равна нулю.

Если объект смещен относительно оптической оси объектива 1,. то амплитуды сигналов и и U2 не будут равны друг другу, и, следовательно на выходе интегратора 15 появится сигнал, величина которого при прямоугольной модуляции в обоих каналах сравнения пропорциональна углу рассогласования, а фаза зависит от направления смещения объекта.. Сигнал на выходе интегратора 15 будет пропорционален углу рассогласования на входе и описывается независимо от сигналов U и U2 в обоих каналах сравнения одним и тем же выражением вида

.1/ AsL

и.

вых

где Дос, - текущий угол рассогласования (линейное перемещение) ;,

Zoig- угловой размер изображения объекта в плоскости анализа;

К - некоторый постоянный коэффициент, зависящий от конкретной схемы устройства,

В устройствеполностью устранены погрешности из-за неидентичности форлы сигналов в обоих каналах сравнения, что и позволяет повысить точность измерения.

Формула и зоб р«э тения

60Фотоэлектрическое устройство,

содержащее последовательно устанавливаемые по ходу излучения от объекта объектив, еветрделительную ПЕЖзму, в каждом из двух потоков излучения

45 от которой последовательно размещены

конденсор и отражающее зеркало, и блок приемников излучения и усилитель, опорную ве-твь, выполненную из последовательно установленных источника излучения, конденсора, блока приемников излучения и усилителя , и модулятор, расположенный центральной частью перед блоком приемников излучения, а опорная ветвь расположена, на периферии модулятора, который перекрывает поток излучения, поступающий на блок приемников излучения опорной ветви отличающее с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено синхронньм детектором, связанньм с выходом блоков приемников излучения, и подключенным на его выход интегратором, модулятор выполнен с двумя растрами, концентрично нанесенньми на его поверхность: один {эастр имеющий

одинаковые по ширине прозрачные и непрозрачные участки, расположен на периферии модулятора, другой, имеющий ширину прорезей, составляющую четверть периода растра - в его центральной части, а в качастве 5 конденсора опорного канала использован конденсор, обеспечиванщий ширину пучк опорного излучения, меньшую участков периферийного растра, установленный так, чтобы расположение центра изображения источника опорного излучения перекрывалось модулятором одновременно с одним из потоков излучения от светоделитель ной призмы.

SИсточники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Николаев П.В. и Сабинин Ю.А. Фотоэлектрические следящие системы. Л., Энергия , 1969, с. 34 (проQ тотип).

л/х. Л