Способ измерения разности углов поворота двух валов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Сфветскнх Социалистических Республик)М В 11 0 ением заявки Нов с прис Госуд нотвенный СССРам нзобр открытн мнтет 23) Приорите ннй) аявитель Особое конструкторское бюро средств автоматики аяВИтЕЛЬ и технической кибернетики при Новочеркасском полнтехническ институте4) СПОС ЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ УГЛОВ ПОВОРДВУХ ВАЛОВ истрнруют фаэо и по временном ных точек элек о величине эти ят о разности ые сдвиги между положению харак рических снгнало фазовых сдвигов глов пово ота ва ре ни те и вля- ловИзобретение относится к области измерения угловых величин оптико- электронными методами.Известен способ измерения угловых перемещений 11, заключающийся в том, что получают непрерывно вращающиеся плоскости поляризации источника с помощью зеемановского расщепления частоты лазера.ОНедостатками этого способа я ются сложность реалиэ ации, обус ленная необходимостью применения двухчастотного лазера, малая точность измерений и,нестабильность результата измерения.15Известен способ измерения разности углов поворота двухвалов 21, заключающийся в том, что осуществляют поворот плоскости линейной поляризации излучения источника поляризованного света с помащью двух управляющих напряжений, одно из которых изменяется по синусоидалЬному закону, Разделяют пРостРанственно . излучение на два излучения и направляют их на анализаторы, которые соединяют с контролируемыми валами, осуществляют анализ этих излучений, преобразуют световую картину после анализаторов в электрические сигналы,суд у Р лов.Недостатками этого способа являются низкая точность и стабильность измерений, вследствие необходимости высокоточной стабилизаций амплитуд и 90-градусного сдвига по фазе между управляющими напряжениями, а также зависимости результата регистрации фазовых сдвигов от изменения интенсивности источника излучения н других дестабилизирующих факторов; сложность реализации из-эа необходимости введения дополнительного оптического модулятора, управляемого косинусоидальным напряжением,Цель изобретения - повышение точности измерения, стабильности показаний и упрощение реализации.Это достигается тем, что в качест ве второго управляющего напряжения используют напряжение, изменяющееся по линейному пилообразному закону с фиксированной крутизной и амплитудой развертки, обеспечивающей поворот плоскости поляризации на уголне меньший 180, а в качестве харакотерных точек электрических сигналовис поль з уют точк и, сост в ет ст вующи еточкам минимумов экстремальных характеристик пропускания анализаторов.На фиг. 1 приведена схема устрой -ства, реализующего предлагаемыйспособ; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналон устройства.устройство содержит источник 1поляризованного света, модулятор 2поляризации, например, магнито- илиэлектрооптического типа, генератор3 модулирующих напряжений гармонических сигналов, генератор 4 линейной развертки по несимметричному пилообразному закону, полупрозрачноезеркало 5, анализатор б, эакрепляемый на одном из контролируемых валов, зеркало 7, анализатор 8, закрепляемыйна другом контролируемомвалу, фотоприемники 9 и 10 и блок11 регистрации временного интервала.Способ заключается в следующем.Линейно поляризованное излучениеисточника 1 поляризованного светапропускают через модулятор 2 поляризации, на который подают от генераторов 3 и 4 напряжения, одно из которых изменяется по синусоидальному .закону, а другое - по линейному пилообразному закону с фиксированнойкрутизной и амплитудой развертки,обеспечивающей поворот плоскости поляризации излучения источника 1 наугол, не меньший 180 О,Первым управляющим напряжениемосуществляют гармоническую модуляцию угла с(. наклона плоскости линей -ной поляризации источника 1 излуче. ния. Одновременно, вторым управляющим напряжением осуществляют разнертку угла д. по несимметричномупилообразному закону.Амлитуда развертки А выбираетсятакой, чтобы обеспечить фиксированную неличину максимального угла развертки, не меньшей (равной или большей) 180 . В этом случае обеспечивается 180-градусный диапазон поляриэационного измерения разности угловповорота. В результате модуляции положение плоскости поляризации источника 1 определяется суммой составляющих:АмАЙ)д (1)+д. И)=д. Юи м т Мгде А,Т - соответственно, амплитуда и период развертки угла;д.м,й) - гармоническое управляющее напряжение.Частота гармонической модуляциивыбирается значительно большей (неменее, чем в 4-5 раз) частоты раз -вертки, а амплитуда напряжения гармонической модуляции Ар, равной5-10 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Излучение после модулятора 2 полупрозрачным зеркалом 5 разделяют на дна, одно из которых направляют на ан али з атор 6, а другое с помощью зеркала 7 - на анализатор 8.Снетовые лучи после анализаторов направляют на фотоприемники 9 и 10, которые преобразуют их в электричес- кие сигналы, пэступающие на вход бпока 11 регистрации временного интервала.При этом угловое положение оси п.эопускания (или непропускания) каждого из анализаторов 6 и 8 определяется величиной угла Ч ( Ч) поворота, соответствующего контролируемого валаИнтенсивности прошедших через анализаторы б и 8 линейнополяриэованных излучений с изменяющимся по несимметричному пилообразному закону углом с будут изменяться в пределах периода по синусоидальному закону (закону Малюса), В точках И и М интенсивности будут равны нулю,Соответствующим образом будут изменяться и выходные напряжения Оф и ф фотоприемников 9 и 10 соответственно. При этом фазы сигналов напря 1женияОф и Оф зависят от положения соотнетствующих анализаторов б и 8, т,е. углов поворота валов. Разность фаз ЧП этих сигналов будет пропорциональна разности углов ( Ч 4 - Ч ) поворота налов с учетом знака, Границы временного промежутка, соответствующего разности фаз Ч -9, выделяются в электронном блоке 11 вначале грубо на частоте развертки И 7 а(.и с помощью, например, амплитудного компаратора (на фиг. не показано), Это позволяет выделить на экстремальных характеристиках пропускания анализаторов области минимумов, устранив неоднозначность в показаниях, Точная Фиксация границ временного интервала 9 - Чо осуществляется путем выделЕния реперных точек в и и, т.е. точек минимумов на характе - ристике пропускания .Выделение моментон времени, соэтнетствующих точкам щ и и, осуществляется на частоте И 7 П, гармонической составляющей с(мПервые гармоники выходных сигналов каждого Фотоприемника на частоте гармонической модуляции н точках в и и равны нулю, Выделяя нулевые реперные точки с помощью, например, синхронного детектора и нуль-органа в электронном блоке 11 и выбирая оптимальную величину индекса модуляции, можно обеспечить весьма высокую точность фиксации границ временного интервала Тп (с погрешностью н едини - цы угловых секунд), При этом, точность фиксации Т и не зависит от из - менения амплитуд напряжеьи (7 ф и Оф (на фиг. 2 Оф и цф показаны неравными), так как положение. точек щ и и на врыв679787 ьщих напряжений, одно из которых измен я ется по синусоидальному э акону,разделяют пространственно излучениена два излучения и направляют ихна анализаторы, которые соединяют сконтролируемыми валами, осуществля 5 ют анализ этих излучений, преобразуют световую картину после анализаторов в электрические сигналы, регистрируют фазовые сдвиги между ними повременному положению характерных то 10 чек электрических сигналов и по величине этих фазовых сдвигов судято разности углов поворота валов, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения,стабильности показаний и упрощенияреализации, в качестве второго управляющего напряжения используют напряжение, изменяющееся по линейному пилообразному закону с фиксированнойкрутизной и амплитудой развертки,обеспечивающей поворот плоскости поляризации на угол, не меньший 180 0,а в качестве характерных точек электрических сигналов используют точки,соответствующие точкам минимумов экстремальных характеристик пропускания анализаторов.Источники информ.ции, принятые вовнимание при эк спе рти з е1.Автометрия , Р 1, 1974,30 с, 68,2. Патент СИ 9 3560094,кл. 356-117, 1965. менной оси не изменяется цаже при наличии дестабилизирующих факторов.Измеряя интервал Тп (фиг. 2) счетно-импульсными методами, можно получить результат измерения в цифровом виде,Таким образом, введение операций изменения (развертки) плоскости поляризации по нелинейному пилообразному закону с одновременной гармонической модуляцией, а также фиксация сдвига фаз по временному интервалу в точках минимумов экстремальных характеристик, выделяемого с помощью обработки выходных фотоэлектрических сигналов на частоте гармонической модуляции и частоте развертки, позволяют обеспечить очень высокую точность и стабильность измерения углов поворота, Способ может быть реализован в устройствах с любым и:точником поляризованного света, это приводит к значительному упрощению конструкции и уменьшению габаритов. Формула изобретения Ы Рис 3Заказ 4774,3Подписное НИИ ПИираж 86 иг Способ измерения разности углов поворота двух валов, заключающийся в том, что осуществляют поворот плоскости линейной поляризации излучения источника поляризованного света с помощью двух управляюФилиал ППППате т,г.ужгороц, ул, Про тн,;ч, 4