Устройство для измеренияуглОВ СКРучиВАНия Советский патент 1981 года по МПК G01C1/00 G01B11/26 

1

Изобретение относится к геодезическому приборостроению, в частности к геодезическим приборам для измерения углов скручивания.

По основному авт. св. № 569849 известно устройство для измерения углов скручивания, содержащее п;риемопередатчик, состоящий из осветителя, автоколлимационной телескопической системы, оптического делителя для пространственного разделения передающего и приемного каналов, анализатора-модулятора и фотоприемника. Углоизмерительный датчик, расположенный соосно с приемопередатчиком и укрепленный на объекте, состоит из фазовой пластинки и зеркально-линзового отражателя. В электронный блок входят узкополосный усилитель, генератор, фазовый детектор и индикатор.

Однако отсутствие в схеме прибора компенсирующего узла приводит к пестабильиости работы устройства, к амплитудно-фазовым погрешностям, к нелинейности и нестабильности выходной характеристики и увеличению систематической ощибки и, следовательно, снижает точность измерения.

Целью изобретения является повыщение точности измерения углов скручивания.

Это достигается тем, что в устройство введены модулятор-компенсатор, согласующий трансформатор, источник постоянного напряжения и регулятор смещения, при этом модулятор-компенсатор, состоящий из электрооптического кристалла и двух фазовых четвертьволновых пластинок и расположенный между излучателем и оптическим делителем, подключен через согласующий трансформатор к генератору и через обмотку трансформатора к источнику постоянного напряжения, выход которого подключен к индикатору, а вход соединен с регулятором смещения, подключенным к фазовому детектору.

На фиг. 1 изображена функциональная

схема устройства; па фиг. 2 - угловые зависимости поворота вектора преимущественной поляризации от поворота углоизмерительного датчика и компенсационного поворота.

Устройство содержит приемопередатчик 1 и углоизмерптельный датчик 2, укрепленный на измеряемом объекте 3. Приемопередатчик содержит осветитель 4 (например, лазер), модулятор-компенсатор, включаюпдий фазовую четвертьволновую пластинку 5, главная ось которой располол ена под углом 45° к оси X, электрооптический кристалл 6 (например, АДП, КДП, LN) и фазовую четвертьволновую пластинку 7, главная ось которой расположена под углом

-45°к оси X, оптический делитель 8, разделяющий передающий и приемный каналы, и телескопическую систему 9. Углоизмерительный датчик, принимающий и передающий излучение, содержит фазовую четвертьволновую пластинку 10, главная ось которой располол ена под уголом р 45° к оси X, объектив 11 и отражательное зеркало 12, жестко закрепленные в одном корпусе.

Приемный канал приемопередатчика образован анализатором 13, анализирующим плоскость поляризации приходящего излучения, и фотоприемником 14. Фотоприемник подключен через узкополосный усилитель 15 к сигнальному входу фазового детектора 16, выход которого соединен с регулятором смещения 17, подключенным к источнику постоянного напряжения 18, один из выходов которого подключен к индикатору 19, а другой через вторичную обмотку трансформатора 20 подключен к электрооптическому кристаллу. Вторичная обмотка трансформатора 20 соединена с одним из выходов генератора 21, другой выход которого подключен к опорному входу фазового детектора.

Устройство работает следующим образом.

Источник излучения 4 посылает пучок линейно поляризованного света с азимутом поляризации 6 0 (т. е. вектор преимущественных колебаний Е направлен вдоль оси X). Пучок света падает на фазовую четвертьволновую пластинку 5. После прохождения ее свет становится циркулярпо поляризованным и, пройдя через электрооптический кристалл Ь, преобразуется фазовой четвертьволновой пластинкой 7 в линейно поляризованный свет с азимутом . Пройдя оптический делитель 8, пучок света коллимируется телескопической системой 9 и после прохождения расстояния L падает на фазовую четвертьволновую пластинку 10 углоизмерительного датчика 2. Пройдя объектив 11 и отразившись от зеркала 12, пучок вторичного в обратном ходе проходит объектив и фазовую четвертьволновую пластинку. Выходящий из датчика пучок будет линейно поляризован с азимутом Y 90° (т. е. вектор преимущественных колебаний р направлен вдоль оси Y), так как сумма двух фазовых четвертьволновых пластинок с одинаковым направлением главных осей работает как фазовая полуволновая пластинка. Пройдя расстояние L в обратном ходе, пучок света преобразуется телескопической системой и, отразившись от оптического делителя, поступает на анализатор 13, азимут плоскости наибольшего пропускания которого расположен под углом , т. е. его плоскость наибольшего пропускания перпендикулярна плоскости колебаний приходящего линейно поляризованного света. Следовательно, интенсивность поступающего на фотоприемник

14 света равна нулю. Если Измеряемый объект 3 вместе с углоизмерительным датчиком 2 повернется на угол ±Р (см. фиг. 2), то изменится азимут линейно поляризованного света, а следовательно, и интенсивность падающего на фотоприемник света. Исходя из условия, что для фазовой полуволновой пластинки углы между главной осью пластинки и входящим и выходящим

векторами равны, угол поворота азимута р определяется следующим образом:

Р ±Р + + 45°-90°±р + (1)

Р ± 2р.(2)

Работу устройства можно описать следующим выражением;

/ |/o l-COs 24/-.a ° 7 X

ХЛ±4 ,

(3)

интенсивность света на фотоприемнике;

интенсивность света источника излучения;

9-яЗг (oSin ± к) / - U

- разность фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами;

По - показатель преломлеиия обыкновенного луча;

22 - электрооптический коэффициент; d - толщина кристалла вдоль приложенного электрического поля; / - длина оптического пути света в кристалле;

t/o - амплитуда приложенного модулированного напряжения; W - частота модуляции; UK - компенсирующее напряжение. В устройстве модуляция и компенсация угла поворота датчика осуществляются с помощью электрооптического кристалла. При подаче на него переменного синусоидального напряжения с генератора 21 через согласующий трансформатор 20 будет изменяться б, что приведет к изменению света с круговой поляризацией, поступающего на электрооптический кристалл 6 после фазовой четвертьволновой пластинки 5, в эллиптическую поляризацию после кристалла. При этом в зависимости от полуволны синусоидального напряжения большая ось эллипса будет колебаться, занимая положения +45° или -45°. После прохождения фазовой четвертьволновой пластинки 7 свет с эллиптической поляризацией превращается в линейно поляризованный свет, так как азимуты главных осей фазовой четвертьволновой пластинки 7 полностью соответствуют азимутам осей эллипса. Следовательио, на выходе из модулятора-компенсатора будет иметь место линейно поляризованный свет, азимут которого будет осциллировать синхронно с переменным напряжением относительно нулевого (7 0 ) положения. При этом, если угол поворота углоизмерительного датчика , с фотоприемника снимается сигнал с частотой 2(о. Если , снимается сигнал с частотой со, фаза которого зависит от направления поворота углоизмерительного датчика, а амплитуда сигнала - от величины угла ip. Сигнал с фотоприемника подается на узкополосный усилитель 15, усиливающий и пропускающий колебание с частотой со на фазовый детектор 16. Постоянный знакопеременный сигнал с выхода фазового детектора подается на регулятор смещения 17, который управляет входом источника постоянного смещения 18. С одного из выходов источника постоянного смещения напряжение UK, пропорциональное углу поворота углоизмерительного датчика, подается на электрооптический кристалл и разность фаз б изменяется таким образом, что вектор линейно поляризованного света, выходящего из модулятора-компенсатора, поворачивается на угол и компенсирует угол поворота углоизмерительного датчика. Таким образом, на фотоприемнике появляется сигнал

с частотой 2й), а на индикаторе, соединенном с другим выходом источника постоянного смещения, появится величина напряжения, равная UK, знак которой будет зависеть от направления поворота углоизмерительного датчика. Предварительно измеренная величина напряжения t/к будет пропорциональна углу поворота углоизмерительного датчика, а следовательно, углу поворота объекта.

Формула изобретения

Устройство для измерения углов скручивания по авт. св. № 569849, отличающеее я тем, что, с целью повыщения точности измерения, в него введены модулятор-компенсатор, согласующий трансформатор, источник постоянного напряжения и регулятор смещения, при этом модулятор-компенсатор, состоящий из электрооптического кристалла и двух фазовых четвертьволновых пластинок и расположенный между излучателем и оптическим делителем, подключен через согласующий трансформатор

к генератору и через обмотку трансформатора к источнику постоянного напряжения, выход которого подключен к индикатору, а вход соединен с регулятором смещения, подключенным к фазовому детектору.

Ул

Jn

Фаг. г