Датчик линейных перемещений

(511 4 С 01 В 11/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ иг. ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Московский институт электроннойтехники(56) Авторское свидетельство СССРУ 1180685, кл. С 01 В 11/02,(54) ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЦЕНИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещенийобъектов по двум координатам, Цельизобретения - повышение чувствительЯО, 1504496 А 1 2ности датчика за счет увеличения величины полезного сигнала, Источник излучения через конденсор 2 освещает параллельным пучком зону 6 пропускающей дифракционной решетки. Зона 6 пропускающей решетки и отражательная двумерная дифракционная решетка, связываемая с контролируемым объектом, выполнены с периодической структурой в виде расположенных в шахматном порядке квадратных элементов с диагоналями, равными периоду структуры и направленными параллельно координатам контролируемых перемещений, В результате дифракции на элементах 14 зоны 6 решетки образуется набор дифракционных порядков, которые, отражаясь и дифрагируя3 1504496 на элементам 14 отражательной решетки, попадают на крестообразно расположенные группы 4 и 5 штриховпрозрачной пропускающей решетки Э, Штрихи в каждой из групп 4 и 5 ориентированы перпендикулярно штрихам другой группы и направлены по координатам контролируемых перемещений.С помощью собирающих линз 9-12 про дифрагировавшее на штрихах групп 4 и 5 пропускающей решетки излучение Фокусируется на светочувствительнымплощадкам Фотоприемников. Путам разворота оптического клина 7 в двухвзаимно перпендикулярных плоскостяхдобиваются сдвига фаз, равного и /2,сигналов на выходах фотоприемниковкаждой из пар, установленных по направлениям измеряемых перемещений,затем по изменениям сигналов с фотоприемников судят о величине контро-.лируемых перемещений. Э ил,45 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещенийобъектов по двум координатам,Цель изобретения - повышение чувствительности датчика за счет увеличения величины полезного сигнала.На фиг. 1 изображена оптическая схема датчика линейных перемещений; на фиг, 2 - разрез А-А нафиг. 1; на фиг. 3 - структура двумерных дифракционных решеток: а) прототипа, б) предложенного устройства,Датчик линейных перемещений содержит источник 1 излучения и последовательно расположенные по хоцу излучения конденсор 2, установленнуюнеподвижно пропускающую дифракционную решетку 3, выполненную с двумякрестообразно расположенными группами 4,5 штрихов, штрихи в группе ориентированы перпендикулярно штрихаМдругой группы, а зона 6 пересечения 40штрихов оптически связана с конденсором 2, оптический клин 7, установленный так, что его главное сечениесоставляет угол 45 со штрихами решетки 3, отражательную двумернуюдифракционную решетку 8, предназначенную для связи с контролируемымобъектом, собирающие линзы 9-12и фотоприемники 13, расположенные поОдну сторону решетки 3 с истОчникОмизлучения и конденсором 2 и оптически связанные с крестообразнорасположенными группами 4 и 5 штрихов.Отражательная дифракционная решетка 8 и эона 6 пропускающей дифракционной решетки 3 выполнены с периодической структурой в виде расположенных в шахматном порядке квадратных,элементов с диагоналями, равнымипериоду структуры и ориентированными параллельно штрихам групп 4 и 5решетки 3,Датчик работает следующим образом,Источник 1 излучения, находящийсяв фокальной плоскости конденсора2, освещает параллельным пучком зо-ну 6 пропускающей решетки Э. Штрихигрупп 4 и 5 ориентированы перпендикулярно соответствующим направлениямизмеряемых перемещений, Б результатедифракции света на элементах 14структуры зоны 6 пропускающей дифракционной решетки 3 образуется на-.бор дифракционных порядков, которые,отражаясь и дифрагируя на элементах14 структуры дифракционной решетки8, попадают на группы 4 и 5 штриховпрозрачной решетки 3, С помощью собирающих линз 9-12 прошедшее и дифрагировавшее на штрихах групп 4 н 5решетки 3 излучение Фокусируется насветочувствительных площадках фотоприемников 13,Путем разворота оптического клина7 в двух взаимно перпендикулярныхплоскостях добиваются сдвига Фаэ,равного 7/2, сигналов на выходахфотоприемников 13 каждой нз пар, установленных по направлениям измерения перемещения.Иэ фиг. 2 видно, что световой поток, попадающий на один из Фотоприемников 13, состоит из суммы двухсветовых потоков, образованных врезультате трех взаимодействий излучений от источника света 1 с дифракционными решетками.Так,первый световой поток после первой дифракции на структуре зоны б проэТаким образом, выполнение структур пропускающей и отражательной двумерных дифракционных решеток из расположенных н шахматном порядке квадратных элементов, развернутых под углом 45 относительно направления измеряемых перемещений дает возможность увеличить величину полезного оптического сигнала, подаваемого на фотоприемники, более чем в 4 раза, что повышает пороговую 303540 5 150449рачной решетки 3 идет в направлениинулевого порядка дифракции, послевторой дифракции на структуре отражательной решетки 8 идет в направлении первого порядка дифракции, пос 5ле третьей дифракции на структурегрупп 4 и 5 прозрачной решетки 3идет в направлении первого порядкадифракции.10Второй световой поток после первой дифракции на структуре зоны 6прозрачной решетки 3 идет в направлении первого порядка лифракции,после второй дифракции - в направлении минус первого порядка дифракции,после третьей дифракции - в направлении нулевого порядка дифракции.Исходя иэ известных соотношений,описывающих нэаимодействие светового 20излучения с периодической структурой, в соответствии с дифракциейФраунгофера, получено, что соотношение амплитуд изменения интенсивностей световых потоков, попадающих 25на фотоприемники 13, для данногоустройства и прототипа превышаЕт4:1,6 6 световую чувствительность датчика линейных перемещений.Формула изобретенияЛатчик линейных перемещений, содержащий источник излучения и последовательно расположенные по ходу излучения конденсор, неподвижно установленную пропускающую дифракционную решетку, выполненную с двумя крестообразно расположенными группами штрихов, штрихи в группе ориентированы перпендикулярно штрихам другой группы, оптический клин, установленный так, что его главное сечение составляет угол 45 со штрихами пропускающей дифракционной решетки, отражательную двумерную дифракцион" ную решетку, предназначенную для связи с контролируемым объектом собирающие линзы и фотоприемники, расположенные по одну сторону пропускающей дифракционной решетки, с источником излучения и конденсатором и оптически связанные с крестообразно расположенными группами штрихов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности датчика, отражательная дифракционная решетка и часть пропускающей дифракционной решетки, оптически связанная с конденсором, выполнены с периодической структурой в виде расположенных в шахматном порядке квадратных элементов с диагоналями, равными периоду структуры, и ориентированными параллельно штрихам пропускающей дифракционной решетки.1504496 рректор М. 111 ароши Редакто лини венно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 Произ Заказ 5240ВНИИ 11 И Госу ставитель С, Грач хред М,Моргентал 1 Тираж 683 Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5