Устройство для измерения угловых и линейных перемещений

О П И С А Н И Е517782 Соее Советских Социалист .в.,их Ресоублик(21) 19 39 1) М. Кл. Ст 01 В 11 122) ая ето 1 т6 08 С 9/00 г 1, г-я р,1 ая 1 Государственный комитет Совета Министров СССР("88 8) оо делам изобретении и открытий(72) Автор изобретен и д ц г,(71) Заявите 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ И ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕ 1 ЦЕНИЙсхема а фиг линей Изооретеиие Относится к Ооласти контрольно-измерительной техн 11 ки, а именно к конструкции устройств для измерения угловых и линейных перемещений,Известно устройство для цзмереция угловых и линейных перемещений, содеркащее осветитель, задающий лихб с нанесенной на нем радиальной решеткой и связанный с системой грубого отсчета, аналоги пую камнесационную решетку, закрепленную ца якоре электромагнитного вибратора, фотоэлемент и блок преобразования сигналов 1.Основным недостатком этого устройства является нестабильность положения центра сканирования вибратора с укрепленной на нем решеткой и, как следстшш этого, иевь:с кая точность измерений.Известно также устройство аналогичного назначения, содержащее осветитель, связанную с контролируемым объектом и системоц грубого отсчета задающу;о решетку и связанную с системой точного отсчета кОмпенсационнуо решетку. Реиекц наложены дрог на друга с помощью проекциоНой (оптической) системы 21. В качестве задаощей решетки используют лимб с двумя рядами радиальных штрихов, сдвинутых относительчс дпуг друга, а в качестве комгецсационной. - второй лимб со спиральными штрихами.Это устройство является наиболее олизким из извесПых устроств к описываемому ройСтвНедостаток известного устройства заключается в том, то изменение световых потоков в Ветв 5 х проекционной снстемъ, например, за счет неравномерности освещения, либо за счет погреш;юстей лимба с компенсационной решеткой, приводит к значительньм погрешностям измерений угловых илц линейных пере- О мещений.В предложенном устроистве компенсационная решетка выполнена поляризационно-интерференционной, содержащей последовательно установленные неподвижный поляризатор, 5 составляощий угол 45 с плоскостью пропускания поляризатора двулучепреломляющий элемент с анизотропией, переменной в направлении двкокения задающей решетки, модулятор, составляющую угол 45 с оптическими Осями дву.учепрелоъ 1 ля 10 щего элемента четвер ьзйл"ОзуО пластинку и врща 10 цпйся поляризатор. Такая коиструкци 51 позволяет повысить точность измерения лиценых и угловых перемещений.5 На фиг. 1 изображена структурнаяустрсйстга для угловьх перемещений; н 2 схема устройства для;змерецияных терехещенцУстройство содержит осветитель, состоящий 30 нз исто-.и;На 1 света, конденсора 2, диафраг 51778245 50 дд 60 мы 3, объектива 4 и интерференционного фильтра 5, задающую решетку 6, выполненную, например, в виде радиальных непрозрачных штрихов, нанесенных на прозрачный лимо, и компенсационну ю поляризационно-интерференционную решетку.Компенсационная решетка содержит последовательно установленные неподвижный поляризатор 7, двулучепреломляющий элемент 8 с анизотропией, переменной в направлении движения задающей решетки 6, модулятор 9 состояния поляризации, четвертьволновую пластину 10 и вращающийся поляризатор 11.Двулучепреломляющий элемент 8 ориентирован так, что его оптические оси составляют углы 45 с плоскостью пропускания поляризатора 7. Модулятор 9 подключен к генератору 12 переменного напряжения. Наведенные электрическим полем оси модулятора 9 совпадают с осями двулучепреломляющего элемента 8, Элемент 8 находится в фональной плоскости проекционной системы 13, с помощью которой изображение компенсационно-интерференционной решетки переносится В плоскость задающей решетки 6 таким образом, что шаги штрихов задающей и компенсационной решетки равна между собой (уменьшение).Элементами следящей системы устройства являются фотоприемник 14, избирательный усилитель 1 о, настроенный на частоту генератора 12, фазовый детектор 16, электронный модулятор 17, усилитель мощности 18 и реверсивный двигатель 19. Задающая решетка 6 связана с контролируемым объектом и системой 20 грубого отсчета, а вращающийся поляризатор 11 связан с системой 21 точного отсчета. Для устранения влияния эксцентриситета лимба задающей решетки на точность измерения угловых перемещений компенсационная решетка одновременно проектируется на два диаметрально противоположных участка штрихов решетки 6, для чего на пути пучка установлен делитель 22 света и призмы 23 - 27.Устройство работает следующим образом.Сформированный осветителем параллельный монохроматический пучок света направляется на вращающийся поляризатор 11 и на его выходе становится плоскополяризованным с переменным азимутом плоскости поляризации, После прохождения четвертьволновой пластины 10 состояние поляризации пучка света изменится, При этом азимут преимущественной поляризации будет совпадать с направлением быстрой оси (и=45) и не будет зависеть от угла поворота О поляризатора 11, а разность фаз Ь между обыкновенными и необыкновенными лучами будет находиться в линейной зависимости от угла поворота поляризатора 11 (Л=20). После прохождения пучка света с такой поляризацией через двулучепреломляющий элемент 8 и неподвижный поляризатор 7 в плоскости элемента 8 образуются, например, вертикальные интер 5 10 15 20 25 30 35 40 ференционные полосы, местоположение которых линейно 22 Вс;1 т От угла поьоротя пол 51" П.;н:Ор 1 Мод 1;1,;тор 9, Возбуждаясь генератором 12, создает дополнительный небольшой сдвиг фаз (порядка 0,05.2 л радиан), что приводит к дополнительному небольшому смещению интенференционных полос компенсационной поляризационно-интерференционной решетки с частотой изменения напряжения генератора 12. Созданная таким образом поляризацнонно-интерференционная решетка проектируется на лимб решетки 6 в двух диаметр ялы О протнвополокных местах. После реп:етки 6 оба пучка с помощью призм 24, 25, 26 Одновременно восприним 210 тся фотоприемником 14-.Б согласова;шом положении, когда интерференционные темные полосы находятся между штрихами решетки 6 в цепи фотоприемника 14 протекает минимальный ток, который не усиливается усилителем 15 и двигатель 19 не вращается.Прп перемещенин решеток 6 согласованное . Оложение решеток нарушается, в цепи фотоприемника 14 появляется сигнал, величина и ф 232 которого заВисят От Величинъ и няпряВ- ления рассогласования в пределах шага решетки. Этот сш нал через блоки следящей системы поступает на двигатель 19, который доворачивает поляризатор 11 в согласованное положение. Системы отсчета позволяют с большой точностьО зафиксировать угол поворота поляризатора,Благодаря тому, что между двулучепреломляющим элементом и задающей решеткой нет никаких механически подвижных элементов, а также из-за того, что в устройстве использован Высокоэффективный модуляционный метод прн нахождении согласованного положения решеток, точностные характеристики данного устройства значительно выше, чем у аналогичных известных устройств. Формула изобретенияУстройство для измерения угловых и линейных перемещений, содержащее осветитель, связаннуо с контролируемым объектом и системой грубого отсчета задающую и связанную с системой тонкого отсчета компенсационную решетки, наложенные друг на друга с помощью оптической системы, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерения линейн 1.1 х и угловых перемещений, компенсационная решетка выполнена поляризац;онно-интерференционной, содержащей посл сдозательно установленные неподвижный поляризатор, составляющий угол 45 с плоскостью пропускания поляризатора двулучегре,.омляощии элемент с анизотропией, переменной в направлении движения задающей решетки, модулятор, составляющую угол 45 с Оптическими Осями ДВулучепреломля 1 ощего э;емента четвертьволновуо пластинку и вращающийся поляризатор,517782 1 Г гг Составитель О, Строгано Редактор Н. Коган Техред А. Камышникова Корректор О. Тюрина одписно в СС Типография, пр, Сапунова Заказ 1796/7 Изд.1412 ЦНИИПИ Государственного ком по делам изобрет 113035, Москва, Ж, Тираж 864тета Совета Министрний и открытийРаушская наб., д. 4/5