Автоколлимационное фотоэлектрическое устройство Советский патент 1982 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углового поворота объектов в приборостроении и машиностроении.

Известен фотоэлектрический автоколлиматор, состоящий из генератора импульсов, имеющих два выхода для противофазных сигналов, двух источников света, предметного растра, состоящего из двух сдвинутых на половину периода растра частей, каждая из которых освещается одним из источников света, расположенного в фокальной плоскости объектива вне его оптической оси отражателя, анализирующего растра, расположенного сопряженно с предметным растром,двух фотоприемнйкой светоделителя аналого,цифрового преобразователя, регистров ,и схемы вычитания 1.

Недостатком данного устройства является невысокая точность за счет сложности построения и юстировки растровых систем и сложности сопоставления получаемых, изображений с помощью оптической системы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является автоколдимационное фотоэлектрическое устройство, содержащее источник света и установлен ые по ходу светового луча конденсор,светоделитель, щелевую диаф-i рагму, модулятор-компенсатор, в виде полупрозрачного зеркала, установленного на пьезокерамическом вибраторе и фотоприемник, усилитель мощности, фазовый детектор и регистратор 2.

10 . Недостатки известного устройства следующие.Иьезокерамический вибратор биморф представляет собой высокодобротную -электромегсаническую колебательную систему., обладающую некоторой 15 (основной) резонансной частотой fo-, Наиболее экономичной является .работа биморфа на резонансной частоте, но при наличии внешнего генератора г напряжения, что имеет место в из20вестном устройстве, этот режим работы обеспечить.нельзя, т.е. температурные уходы частоты генератора и резонансной частоты биморфа будут приводить к значительным изменениям ам25плитуды и фазы колебаний и, следовательно, к погрешностямв измерении угла. Поэтому в известном устройстве генератор возбуждающего напряжения ;должен работать либо на частоте зна30чительно более низкой, чем частота Tg либо значительно более высокой, И в том и в другом случае амплитуда подаваемого с генератора напряжения для получения необходимой амплитуды колебаний биморф.а должна быть примерно в а раз (т.е. в 50-100 раз) больше, чем при работе на резонансе Кроме того, при понижении рабочей частоты снижается быстродействие системы, а при ее значительном повышении возрастают потери, связанныес собственной емкостью биморфа.Значительная величина возбуждающего /напряжения, которую нужно получить с гелератора, приводит к трудностям при стабилизации амплитуды этого напряжения, а невысокая темпера урна стабильность, частоты низкочастотных генераторов приводит к появлению до полнитель.ных погрешностей при .измере нии углов. Цель изобретения - повышение точ ности измерений. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено автогенератором частотно-задающим элементом которого является модуляторкомпенсатор, фотоприемник, усилитель мощности фазовый детектор ли регист ратор соединены последовательно, а автогенератор включен между выходом и вторым входом фазового детектора. На фиг. 1 дана схема автоколлимационного фотоэлектрического устройст ва на фиг. 2 - блок-схема электронной части, предлагаемого устройства. Устройство состоит из фотоэлектрической автоколлимационной насадки 1, смонтированной в корпусе 2 зрительной трубы и электронного изме рительного блока. Насадка включает в с.ебя модулятор-компенсатор, состоящий из полупрозрачного зеркала 3, укрепленного на пьезокерамическом вибраторе 4 (биморфе), который соединен с корпусом насадки 1 пр помощи-.элемента 5 закрепления, и узла подсветки, включающего в себя источник .6 света, конденсатор 7, светоделитель 8, фотоприемник 9 и щелевую.диафрагму 10. Связь устройст ва, с объектом исследования осуще.ствляется за счет светового потока, отраженного от Зеркала 11. связываемого с этим объектом-. 3aj penJieHHei насадки на зрительной трубе сохраняе ее визусшьную систему (сетка 12 и окуляр 13), что позволяет визуально контролировать автоматический режим работы насадки, Электронный измерительный блок состоит из связацных с фотоприемником 9, усилителя 14 мощности, фазово го детектора 15, автогенератора 16, частотнозадающим элементом которого является биморф 4. Результат иймере ния угла фиксируется регистрато- ром 17. Устройство работает следующим образам. При включении электронного измерительного блока автогенератор 16-, составной частью которого является биморф 4, самовозбуждается на резонансно.йчастоте биморфа 4, в результате чего к биморфу 4 прикладывается переменное напряжение и он начинает колебаться. Одновременно начинает колебаться и закрепленное на биморфе 4,полупрозрачное зеркало 3. Амплитуду колебаний полупрозрачного зеркала 3 устанавливают такой, чтобы амплитуда колебания изображения щели 10 не превышала половины ее ширины. Вследствие этого полупрозрачное зеркало 3 создает колебаний как прямого луча от источника 6 света, так и луча, отраженного от зеркала 11, связанного с объектом исследования. В результате сканирования изображения щели 10 на фотоприемник 9 попадает модулированный по интенсивности световой поток и на выходе фотоприемника 9 возникают соответствующие электрические сигналы. Если плоскость измерительного зеркала 11 перпендикулярна к оптической оси автоколлиматора, то амплитуда первой гармоники напряжения на выходе фотоприемника 9 равна нулю. При повороте зеркала 11 относительно этого положения амплитуда первой гармоники возрастает пропорционально углу поворота, причем между двумя противоположными направлениями отклонения зеркала 11 сдвиг фазы электрических сигналов на выходе фотоприемника 9 (для первой гармоники) составляет 180°. Напряжение с выхода фотоприемника 9 усиливается усилителем 14 мощности, настроенным на первую гармонику Сигнала И: поступает на фазовый детектор 15, на второй вход которого в качестве опорного подается напряжение с автогенератора 16. Постоянное напряжение с выхода фазового детектора 15 подается в качестве компенсируюЬ его. напряжения на биморф 4 и одновременно на регистратор 17. Таким образом, устройство в целом представляет собой систему, автоматически отслеживающую угол поворота зеркала 11 за счет по ворота полупрозрачного зеркала 3 под воздействием компенсирующего напряжения, поступающего с выхода фазового детектора 15 на биморф 4. Наличие в электронном измерительном блоке автогенератора позволяет модулятору-компенсатору устойчиво работать на его собственных резонансных частотах, что снижает потребляемую мощность в 5-10 раз, как