Устройство для измерения углового перемещения объекта Советский патент 1982 года по МПК G01B11/26 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТА

1

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения углов поворота объекта.

Известно устройство для измерения углового перемещения объекта в пространстве, содержащее монохроматический источник света, интерферометр, фотоприемник и регистратор I.

Недостатком этого устройства является необходимость установки на объекте специальных отражателей, что ограничивает функциональные возможности, а точность измерения существенно зависит от эксплуатационных факторов (вибрации и удары).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения углового перемещения объекта, содержащее источник монохроматического излучения и последовательно расположенные дифракционную решетку с зеркально отражающими и пропускающими штрихами и объектив, а в ходе отраженного решеткой излучения второй объектив, диафрагму, светофильтр, фотоприемник и регистрирующий прибор 2.

Недостатками этого устройства являются невозможность определения направления

перемещения объекта, а также сравнительно малая точность измерения.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено полупрозрачным зеркалом, установленным между источником излучения и дифракционной решеткой, а в обратном ходе излучения, отраженного от полупрозрачного зеркала, последовательно расположенными третьим объективом, диафраг10мой, светофильтром и фотоприемником, усилителем постоянного тока и зеркальным гальванометром, подвижное зеркало которого располагается между первым объективом и контролируемым объектом, а фотоприемники подключены по дифференциальной

15 схеме к входу усилителя постоянного тока, выход которого соединен с зеркальным гальванометром и регистрирующим прибором.

На чертеже представлена оптическая схема устройства.

20

Устройство содержит источник 1 монохроматического излучения, например лазер, последовательно, по ходу излучения, расположенные полупрозрачное зеркало 2, дифракционную решетку 3 с чередующимися зеркально отражающими и пропускающими щтрихами, первый объектив 4 и подвижное зеркало 5 гальванометра, установленное под углом 45° к оптической оси, совпадающей с осью лазерного пучка. Позиция 6-рассеивающая поверхность 6 объекта. Кроме того, устройство содержит два идентичных приемных канала, один из которых расположен в обратном ходе излучения, отраженного дифракционной решеткой 3, а второй -в обратном ходе излучения, отраженного полупрозрачным зеркалом 2, последовательно расположенное второй объектив 7 и третий - 8, диафрагмы 9 и 10, интерференционные светофильтры 11 и 12 на длину волны источника 1 излучения, фотоприемники В и 14, усилитель 15 постоянного тока, выход которого соединен с регистрирующим прибором 16 и с подвижным зеркалом 5 гальванометра.

Дифракционная рещетка 3 расположена В-передней фокальной плоскости первого объ ектива 4 под небольшим углом к оптической оси (ot 15°). Рассеивающая поверхность 6 объекта располагается в задней фокальной плоскости первого объектива 4, а фотоприемники по дифференциальной схеме подключены ко входу усилителя 15 постояниого тока.

Устройство работает следующим образом

Монохроматический параллельный световой пучок от источника 1, пройдя полупрозрачное зеркало 2, попадает на дифракционную решетку 3. Для гармонической решетки прошедший пучок разлагается на О и ±1 дифракционные порядки, которые с помощью первого объектива 4 и подвижного зеркала 5 гальванометра направляются на рассеивающую поверхность 6. С помощью перво го объектива 4 на рассеивающей поверхности реализуется распределение освещенности в виде трех световых пятен, размеры и расстояние между центрами которых можно изменять, варьируя фокусное расстояние первого объектива 4, ширину входного пучка и пространственную частоту дифракционной решетки 3.

Световое поле, отраженное поверхностью 6, например зеркальной, контролируемого объекта, образует в плоскости дифракционной решетки 3 перевернутое изображение самой решетки с единичным увеличением, т.е. распределение интенсивности в виде интерференционных полос, пространственная частота которых автоматически согласована с пространственной частотой решетки.

Наклоны поверхности 6 контролируемого объекта вызывают смещение системы интерференционных полос относительно штрихов дифракционной решетки, которая одновременно служит в качестве оптического дискриминатора следящей системы. Часть светового потока, подающего на дифракционную решетку 3 от поверхности 6, отражается ее щтрихами и направляется в первый приемный канал, проходя третий объектив В, диафрагму 9, светофильтр 11, попадая на фотоприемник 13, другая часть светового потока проходит через решетку 3, попадает на полупрозрачное зеркало 2 и, отразившись от него, направляется во второй приемный канал, проходя второй объектив 7, диафрагму 10, светофильр 12, попадая на фотоприемник 14. Фотоприемники 13 и 14 подключены по дифференциальной схеме ко входу усилителя 15 постоянного тока. В точке равновесия следящей системы интерферограмма располагается относительно дискриминатора (дифракционной решетки 3) так, что оптические сигналы, поступающие на оба фотоприемника, имеют фиксированное отношение между собой.

При смещении интерференционных полос в какую-либо сторону на выходе усилителя 15 постоянного тока появляется сигнал соответствующего знака, что позволяет определить направление перемещения контролируемого объекта. Подвижное зеркало 5 гальванометра перемещает интерферограмму относительно дискриминатора, компенсируя смещение полос. Сигнал (сила тока или напряжение), управляющий гальванометром, пропорционален сдвигу интерференционной картины, часть его направляется в регистрирующий прибор 16.

В случае диффузно рассеивающей поверхности 6 контролируемого объекта в плоскости оптического дискриминатора возникает пятнистая картина - спекл-структура, промодулированная системой интерференционных полос. Диафрагмами 9 и 10 и фотоприемниками 13 и 14 осуществляется настройка на спекл-структуру, промодулированную системой полос с частотой, равной частоте дифракционной рещетки. Дальнейшая работа устройства аналогична работе при контроле объекта с зеркальной поверхностью.

Положительный эффект от использования устройства состоит в повышении точности измерений за счет реализации в устройстве следящей системы, работающей по принципу фотокомпенсационных измерительных систем с отрицательной обратной связью, и расширении функциональных возможностей за счет определения направления углового перемещения контролируемого объекта.

Формула изобретения

Устройство для измерения углового перемещения объекта, содержащее источник монохроматического излучения и последовательно расположенные дифракционную рещетку с зеркально отражающими и пропускающими штрихами и объектив, а в ходе отраженного решеткой излучения второй объектив, диафрагму, светофильтр, ф.отоприемник и регистрирующий прибор, отли. чающееся тем, что, е целью повышения точ.ности, оно снабжено полупрозрачным зеркалом, установленным между источником излучения и дифракционной решеткой, а в обратном ходе излучения, отраженного от полупрозрачного зеркала, последовательно расположенными третьим объективом, диафрагмой, светофильтром и фотоприемником, усилителем постоянного тока и зеркальным гальванометром, подвижное зеркало которого располагается между первым объективом и контролируемым объектом, а фотоприемники подключены по дифференциальной схеме к входу усилителя постоянного тока, выход которого соеди-нен с зеркальным гальванометром и регистрирующим прибором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2,«Вестник Московского университета, серия 3, т. 20, № 5, 1973, с. 94.

/////Г/Л//