Оптико-электронный преобразователь угла поворота в электрический сигнал

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН О 399 И 9) (1 511 6 08 С 9/06; О 01 й .2121 СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ф 1:ОО 1 ОЭН е.144йз й;,Ф з аф зиЕЛЬСТВУ НА ОМУ Сеид, Титаренко, А,В. С Трудового Красй механики и очн л, 356-114,356-117,77,35600 тип),4, кл Й ПРЕОБРА - ЭЛЕКТРИЧЕС - атель, оптичесельно располо одулятор фа(54) (57) ОПТИКО - ЭЛЕКТ ЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРО КИЙ СИГНАЛ, содержащий ки соединенный через посл женные обаектив, поляриза ОННЬ А В излут доват ор, м(56) 1, Патент США Уопублик. 1969,2, Патент США Ий .опублик. 1971 (прото зы с входом фотоприемника, четвертьволновую пластину и анализатор, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения преобразователя, в не. го введены пьезогенератор, амплитудно-фазовый детектор, оптический фазосдвигатель и генератор напряжения, выход которого соединен с первым входом амплитудно-фазового детектора и входом пьезогенератора, жестко закрепленного на грани модулятора фазы, расположенной параллельно оптической оси, выход фотоприемника соединен с вторым входом амплитудно-фазового детектора, а оптический фазосдвигатель и анализатор расположены между модулятором фазы и фотоприемником. 32, Преобразователь по п. 1, о т л и ч а. ю щ и й о и там, зто модуиитор фазы аы Я понен в виде стеклянного параллелепипеда,Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам, обеспечивающим индикацию углов поворота контролируемого объекта относительнобазового вокруг оси скручивания (линии, соединяющей два объекта), и может применять.ся в .станкостроении и геодезии,Известен оптико-электронный преобразователь угла поворота в электрический сигнал,содержащий излучатель, поляризатор, модулятор Фарадея, соединенный с генератором напря.жения, анализатор, фотоприемник, регистрирующий блок 1).Недостатком устройства является то, чтопри изменениях параметров питания и температуры, а также наличии остаточных натяжений в оптически активном веществе модулято.ра ось симметрии "раскачки" изменяет своеположение. Это ведет к дрейфу нуля, т,е,к понижению точности, В модуляторах Фарадея получить амплитуду раскачки плоскостиполяризации более 1 - 1,5 практически невозможно. А так как сигнал поворота пропорционален амплитуде раскачки, то практически невозможно получить высокую чувствительность, а следовательно, и точность. Не. обходимость исключения больших натяженийв. сердешике модулятора усложняет технологию изготовления, а необходимость использования больших токов в катушке модулятораусложняет конструкцию.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является оптико-электрон.ный преобразователь угла поворота в электри.ческий сигнал, содержащий излучатель, светоделитель, фотоприемник, поляризатор с анализатором, между которыми установлены четверьволновая пластина и пластина 1/8 длины вол.ны, оптические оси пластин, направлены подуглом 7 Сф к плоскости поляризации поляризатора и два модулятора фазы в виде ячеек Поккельса, Выход фотоприемника соединенчерез фильтр с цифровым счетчиком временного интервала. В этом устройстве измерениеугла поворота анализатора осуществляется из.мерением сдвига фазы сигнала, сформированного оптической схемой относительно фазынапряжения модуляции на ячейке Поккельса,При этом величина сдвига фазы соответствует половине величины углового поворота анализатора, Сдвиг фазы между напряжением измеряется цифровым счетчиком временногоинтервала 21.Недостатком устройства является то, что положение оптических осей ячеекПоккельса не является равномерным по всему полю и постоянным во времени. Например, в ячейках Поккельса под действием электрического поля модулятора происходит нагрев кристал лов. Вьщеление тепла происходит во всемобъеме кристалла, а охлаждение лишь на по 5 10 1520 25 30 35 динен с первым входом амплитудно-фазовогодетектора и входом пьезогенератора, жесткозакрепленного на грани модулятора фазы, расположенной параллельно оптической оси, выход фотоприемника соединен с вторым вхо. 455055 дом амплитудно-фазового детектора, а оптический фазосдвигатель и анализатор расположены между модулятором фазы и фотоприемником.При этом модулятор фазы выполнен в ви.де стеклянного параллелепипеда.На фиг. 1 изображена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 - положение оп. тических осей и плоскостей поляризации элементов преобразователя,Преобразователь содержит излучатель 1, обьектив 2, поляризатор 3, четвертьволновую пластину 4, модулятор 5 фазы, выполненный в виде стеклянного параллелепипеда, пьезо. генератор 6, генератор 7 напряжеНия, оптичес. верхности. Это приводит к температурнымградиентам и возникновению неоднородныхпо сечению кристалла деформаций, которыеприводят к повороту оптических осей (причем в разных зонах по-разному), что приво.дит к дополнительному сдвигу фазы и, следо.вательно, дополнительной погрешности,Точность измерения ухудшается также из.задрейфа фазы напряжения сигнала в результате нестабильности фазового сдвига фотоприемника и фильтра.Кроме того, для ячеек Поккельса требуетсявысоковольтное питание 10 - 20 кВ). Электрооптические кристаллы, применяемые в этихячейках (модуляторах), технологически сложны, в особенности с размерами более Ф 10 мм,Кристалль с такими размерами наиболее часто требуются для использования в реальныхприборах.Поступающий на фотоприемник сигнал со.держит, кроме информационной составляющейтакже побочные составляющие сигнала, дляисключения которых требуются дополнительные фильтры, Все это усложняет конструкцию и технологию изготовления устройства.Целью изобретения. является повышение точности и упрощение преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что воптико- электронный преобразователь угла по.ворота в электрический сигнал, содержащийизлучатель, оптически соединенный через последовательно расположенные объектив, поля.ризатор, модулятор фазы с входом фотоприемника, четвертьволновую пластину и анализатор, введены пьезогенератор, амплитудно.фазофазовый детектор,. оптический фазосдвигательи генератор напряжения, выход которого сое., фо риемник 11, амплитудно-фазо- ми и фазами, При суммировании этих волн. вый детектор 12. образуется излуяение, состоящее из двух частейНа фиг, 2 обозначено: 13 - положение плос- с равными амплитудами со строго взаимнокости поляризации поляризатора, 14 - положе 5 перпендикулярными направлениями плоскостейние оптической оси четвертьволновой пласти- поляризации (вдоль Оптической оси фаэосдви. ны 15 положположение оптической оси модуля- гателя 8 и перпендикулярно ей). Фазы светотора фазы, 16 - положение оптической оси вых волн этих составляющих непрерывно изме.оптического фазосдвигателя, 17 - положение няются друг относительно друга (с частотойплоскости поляризации анализатора, 0 звуковых колебаний), Если оптическая осьОптическая ось четвертьволновой пластины фазосдвигателя строго расположена под уг 4 расположена под утлом Х 4 к плоскости лом /4 к плоскости поляризации анализатораполяризации поляризатора 3. Оптическая ось 9, то через него проходят две части излучемодулятора 5 фазы (ось резонатора) располо- ния (проекции двух частей излучения, вышеджена под утлом З/4 к оптической оси оп ших из фазосдвигателя 8) одинаковые по .тического фазосдвигателя 8 и параллельно, амплитуде, Суммарный световой ноток не моплоскости поляризации анализатора 9, Оптичес дулирован и на выходе фотоприемника сиг.кая ось фазосдвигателя 8 расположена под уг- нал отсутствует, При повороте анализатора 9лом /4 к плоскости поляризации анализа- относительно оптического фазосдвигателя 81 Г/4тора 9 и оси модулятора 5 фазы. Пьезогене О на угол аодна иэ составйяющих большератор 6 жестко соединен (например, прикле- и на выходе фотоприемника возникает электриен) с гранью стеклянного параллелейипеда па- ческий сигнал поворота, амплитуда которогораллельной оптической оси и преобразовывает пропорциональна величине угла поворота, аэлектрическую энергию в звуковые волны,фаза определяется знаком угла,Разме ыазмеры параллелепипеда (вдоль направления эч При изменении знака угла фаза сигнала ме.распространения звука)-выполняются кратны- няется на 180 по отношению к фазе сигнами половине длины .волны звука, создавае- ла, поступающего с модулятора. Сигнал ново.мого пьезогенератором 6.В этом случае рота поступает на оцин из входов амплитудобразуется резонатор колебаний, работающий: ., но-фазового детектора 12на частоте собственного механического резо В известном преобразователе сдвиг фазынанса. Оптический фазосдвигатель 8 вымол- сигнала, возникающий в оптическом трактенен с фазовым сдвигом более.100 Я (эле-в связи с возникновением неоднородных помент, вызывающий разницу фаз между вол- сечению кристалла деформаций при нагревенами, вышедшими из него, равную более 1 ячейки Поккельса и в связи с нестабильностью50 длин волн). Такие элементы изготовля- фазового сдвига в фотоприемнике и фильтре,ЗЗются из анизотропных материалов в виде приводит к прямой ошибке измерения углопластин, вырезанных параллельно оптической, вого поворота. В предлагаемом преобразоваоси. Фазовый сдвиг обеспечивается толщиной теле влияние нестабильности фазы сигнала напластины, например для кварца пластина с точность сигнала практически отсутствует, такфазовым сдвигом более 1001 Г . должна как нестабильность фазы не вызывает иэменебыть более 5 мм.40ния знака выходного сигнала, т.е, не приводит,Световой поток от излучателя 1, пройдя к дрейфу нуля, а только может незначительнообъектив 2, поляризатор 3, поляризуется в уменьшить уровень сигнала,направлении плоскости поляризации поляриэа.тора 3. Четвертьволновая пластина 4 преобразу- .Точность предлагаемого преобразователя опет линейно поляризационное излучение в цир- ределяется только уровнем шумов фотоприкулярно поляризованное, После модулятора емника, а конструкция.и технология его изгофазы излучение содержит две составляющие товления упрощается, так как отпадает необ.с взаимно ортогональными направлениями ходимость использования в модуляторе фазыплоскости поля иза и (р ци (вдоль оптической высококачественных электрооптических крисоси и перпендик я но ей). Фазаул р ). Фаза светового таллов, вместо которых использовано стекло,50излучения одной иэ составляю хщих изменяется и не требуется высокого напряжения для пило отношению к другой с частотой изменения тания модулятора 5 фазы, что также упрощафазы модулятора, В связи с тем, что излуче- ет преобразователь,ние является смесью электромагнитных волн с хнико-экономическии эффект от испэльразной длиной волны, на выходе оптического З зования изобретения обусловлен его техиичефаз сдвигателя 8 образуется смесь волн с раз- кими особенностями.ф от хиичес1013999 Составитель Б. Барбараш,едактор А. Шишкина Техред М.Костик Корректор М, Шароши Заказ одни сноСР Ти ПИ Государственн делам изобретен сква, Ж - З 5, Рауш