Датчик угла

.БО 55 6 01 В 21/2 НИЕ Ьс ПЗ УДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНО ДОМСТВО СССРСПАТЕНТ СССР) 1) 4921080/28 2) 25.03,91 6) 30.08,93, Бюл, М 32 2) Л.А.Винокуров 6) Авторское свидетельство СССР 1060938, кл, О 01 В 9/02, 1981,Авторское свидетельство СССР1546844, кл. 0 01 В 11/26, 1988, 4) ДАТЧИК УГЛА 7) Изобретение относится к области изме- тельной техники и может быть испольэоно для измерения угла поворота обьекта, ель изобретения - повышение точности мерения угла, Датчик содержит устаноонный на оси оптически прозрачный диск переменными поперечным сечением, люченный о состав пассивного реэонатоИзобретение относится к области иэмертельной техники, в частности к измерителм угла поворота обьекта.Цель изобретения - повышение точно- сТИ.Сущность изобретения заключается в с едующем, При повороте объекта вместе с н м поворачивается оптически прозрачный д ск переменного поперечного сечения, в люченный в состав пассивного резонатор лазера с трехзеркальным оптическим рез натором интерферометра с г теродинированием частот. При этом меи ется толщина диска вдоль оптической оси и терферометра с гетеродинированием час от, что вызывает изменение частоты излуч ния, генерируемого пассивным р зонатором, и раэностной частоты излучен й, генерируемых активным и пассивным ра доухчастотного лазера с трехзеркальным резонатором интерферометра с гетеродинированием частот, оптически связанный с лазером фотодетектор, выход которого через усилитель СВЧ подключен к входу цифрового частотомера, При повороте обьекта вместе с ним поворачивается оптически прозрачный диск переменного поперечного сечения. При этом меняется толщина диска одоль оптической оси интерферометра с гетеродинированием частот, часто вызывает изменение частоты излучения, генерируемого пассивным резонатором, и разностной частоты излучений, генеоируемых активным и пассивным резонаторами. Разностная частота о виде биений излучения фиксируется фотодетектором, 1 ил,резонаторами. которая фиксируется фотодетектором в виде биений излучения,На чертеже показана функциональная схема датчика угла.Датчик угла содержит жестко установленный на оси 1 объекта оптически прозрачный диск 2 с переменным поперечным сечением, лазер 3 с трехзеркальным резонатором, состоящий из активного элемента 4 и зеркал 5, 6 и 7 резонатора, активный резонатор образован зеркалами 6 и 7, пассивный - 5 и 7, в состав пассивного резонатора включен оптически прозрачный диск 2, лазер 3 оптически связан с фотодетектором 8, выход которого через усилитель СВЧ 9 подключен на вход цифрового частотомера 10.Датчик угла работает следующим образом. При повороте контролируемого обьекта оокруг оси 1 вместе с ним поворачиваетсяоптически прозрачный диск с переменным поперечным сечением, При этом изменяется тольцина оптически прозрачного диска 2 вдоль оси лазера 3, что вызывает изменение оптической длины пассивного резонатора 5 лазера, образованного зеркалами 5 и 7, так как показатель преломления оптически прозрачного диска 2, включенного в состав пас- . сивного резонатора лазера 3, отличен от показателя преломления среды резонатора, "0 а геометрическая длина пассивного резонатора (расстояние между зеркалами 5 и 7) постоянна, Оптической длиной пути луча называется произведение его геометрической длины на коэффициент преломления среды. "5 Оптическая длина активного резонатора, образованного зеркалами 6 и 7, будет всегда постоянна, Оптическая длина резонатора лазера определяет частоту генерируемого излучения, поэтому в трех зеркальном резонаторе предложенного датчика угла будет генерироваться излучение, двухчастотное излучение одной частоты (опорной) в активном резонаторе, излучение другой частоты (измерительной) - в пассивном резонаторе лазера, Поскольку оптическая длина пассивного резонатора лазера пропорциональна толщине оптически прозрачного диска 2 с переменным поперечным сечением, а значит и углу 30 поворота обьекта, то изменение частоты измерительного излучения (генерируемого в пассивном резонаторе), будет пропорционально изменению измеряемого угла поворота а), 35Так как частота опорного излучения (генеоируемого в активном резонаторе) постоянна, то изменение разностной частоты двух рабочих частот лазера будет равно изменению частоты измерительного излуче ния, а, значит, пропорционально измеряемому углу поворота а, Разностная частота двух рабочих частот фиксируется в виде биений излучения фотодетектором 8, Каждому биению излучения на фотодетекто- "5 ре В соответствует электрический импульс на его выходе. Последовательность электрических импульсов с выхода фотодетектора 8 через усилитель 9 СВЧ (сверхвысокой частоты) поступает на цифровой частотомер 50 10, на выходе которого формируется код,равный разностной частоте двухчастотного лазера, изменение которой пропорционально изменению угла поворота объекта,После полного оборота оптически прозрачного диска 2 происходит скачок изменения его толщины, а, значит, скачок разностной частоты двухчастотного лазера. Суммируя эти скачки, можно создать "грубый"канал измерения угла поворота а, Для этого достаточно на выходе цифрового частотомера 10 установить микропроцессор,суммирующий скачки при нарастании иливычитающий при снижении разностной частоты лазера непосредственно перед скачком и переводящий отдельные отрезкиизменения разностной частоты между последовательными скачками в непрерывныйряд изменения измеряемого угла поворота.Точность измерения оптической длинырезонатора интерферометра с генеродинированием частот с трехзеркальным резонатором составляет 10 д м (10 А), чтопревышает точность прототипа. Однако иэто не предел для интерферометров с гетеродинированием частот. Известен интерферометр с гетеродинированием частоты,чувствительность которого ограничиваетсяфотонными шумами и составляет 10 м(10 в А).Достижение высокой точности требуетот интерферометра с гетеродинированиемчастот высокой стабильности геометрической длины резонаторов, что достигаетсяиСпользованием системы термостабилизации и креплений зеркал повышенной точности, а также высокоточной обработкиоптически прозрачного диска 2 с переменным поперечным сечением,Использование датчика угла позволитповысить точность измерения угла поворотаобъекта за счет выполнения преобразователя угла поворота в виде оптически прозрачного диска переменного поперечногосечения, а датчика выходного сигнала - ввиде интерферометра с гетеродинированием частот, в состав пассивного резонаторалазера которого включен оптически прозрачный диск.Формула изобретенияДатчик угла, содержащий преобразователь угла поворота в виде оптически прозрачного диска с переменным поперечнымсечением, связываемого с объектом, датчиквыходного сигнала и регистрирующий блок,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что; с цельюповышения точности, датчик выходного сигнала выполнен в виде лазерного интерферометра с гетеродинированием частот, впассивный резонатор лазера котороговключен оптически прозрачный диск преобразователя угла.1837 159 ставитель Е, Глазковахред М,Моргентал Корректор Я. Обруч тор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 акаэ 2859 Тираж ВНИИПИ Государственного комите 113035, МоскваПодписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР35, Раушская наб 4/5