Сканирующий оптико-электронный датчик угла

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (11 50 1 В ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН льэования акустооптнч каниронания. Источник ти путем ис кого метода акону, задаваемому гене нлообраэного напряжения астотой и стабильностью линеиномраторомс высоко ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Научно-исследовательский институт прикладной математики и кибернетики при Горьковском государственном университете им, Н.И,Лобачевского(56) Авторское свидетельство СССРУ 1073572, кл. С 01 В 11/26, 1980,(57) Изобретоние относится к измерительной технике и может найти применение в системах для измерения малых угловых отклонений различныхобъектов, например в гироскопии,Цель изобретения - повышение точности и быстродействия - достигаетсяза счет увеличения частоты сканирования и повышения ее стабильнос 1 когерентного излучения освещаетлучом света зеркало 7, установленное под углом Брэтта по отношениюк лучу, связываемое с объектом,Отраженный луч света с помощью светоделителя 2 и объектива фокусируют на светочувствительную площадку9 дифференциального фотоприемника1 О, сигнал с которого преобразовывается блоком 12 преобразованияв импульсный с щирокоимпульсной модуляцией, Об угле судят по отсутствию постоянной составляющей на выходе фильтра 16 нижних частот. Использование в качества сканатораакустооптического модулятора 3 позволяет осуществить сканирование по3 1504503Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в системах для измерениямалых угловых отклонений различныхобъектов, например в гироскопии,Цель изобретения - повышениеточности и быстродействия - достигается за счет увеличения частотысканиронания и повышения ее стабильности путем использования акустического метода сканирования.Па фиг. 1 приведена схема оптического тракта и электронного блока датчика угла; на фиг, 2 диаграммы электрических сигналов в электронном блоке; на фиг, 3 - разрезЛ-А ца фиг. 1, фотоприемник с световым пятном в центральном положении; ца фиг. 4 - то же, с световым 20пятном, смещенным ца одну из светочувствительных площадок,Устройство содержит источник 1когерецтцого излучения, светоделитель 2, сканатор в виде акустооптического модулятора 3 с пьезоизлучателем 4, высокочастотный источник5 питания, генератор 6 пилообразного напряжения, плоское зеркало 7,объектив 8, в фокальцой плоскости 30которого расположена светочувствительная площадка 9 фотоприемника1 О, на которую нанесена невосприимчи -вая к свету полоса 11, блок 12 преобразования сигнала,35Блок 12 прсобразования сигналасостоит из двух усилителей 13, двухкомпараторов 14, триггера 15 ифильтра 16 нижних частот,Сканирующий оптико-электронный 40датчик угла работает следующим образом.Параллельный пучок света от источника 1, проходя через светоделитель 2, падает на акустооптический 45модулятор 3, который установлен к направленйю лучей под углом 8 Брэгга.Угол Брэгга находится из условиядифракции лучей в первой дифракциоцный мак симум 50 где Ъ - длина волны источника 1;Л - длина акустической волны,возбужденной в акустооптическом модуляторе 3 с помощью пьезоизлучателя 4 от источника 5 питания,средняя частота источника 5 определяется по формулеЧ=л где Ч - скорость акустических волни в акустооптическом модуляторе 3,Бегущая волна н модуляторе 3эквивалентна появлению в нем дифракционной решетки ц при соответствующем подборе амплитуды в источнике5 большая часть излучения источника 1, падающая ца модулятор 3, отклоняется под углом 6 = Вь и падает перпендикулярно на зеркало 7.Отражаясь от зеркала 7, свет опятьиспытывает дифракцию в модуляторе 3и, падая на светоделитель 2 под углом 45, направляется на объектив 8,которым фокусируется на светочувствительную площадку 9 фотоприемника 10 в световое пятное, причем принулевом", т,е. неотклоненном положении зеркала 7, пятно попадает вцентр полоски 11 светочувствительной площадки 9, При этом сигналына выходах фотодиода 1 О отсутствуют,Функционирование устройства, связанное со сканированием пятна, происходит следующим образом, Источник 5питания типа свип-генератора осуществляет частотную модуляцию, котораяпроизводится с помощью генератора6 пилообразного напряжения, При этомпроисходят периодические нарушенияусловий 1 рэгга, т.е, свет отражается на угол О, = 6+ Ь 9. Отраженныеот зеркала 7 лучи также меняют направление на 9, и в результатеизменения обратного хода лучей световое пятно колеблется (сканирует)перпендикулярно разделительной полоске 11 на поверхности площадки 9(фиг, 3).Рассмотрим теперь графики сигналов в электронном блоке 12 (фиг, 2)при неотклоненном положении зеркала 7, На фиг, 2 а показан управляющий сканированием сигнал с генератора 6 с периодом Т. При прохождении этого сигнала через нуль световое пятно находится в центре полоски 11. При нарастании сигнала пятночерез короткий интервал времени попадает на одну из светочувствительных половин площадки 9 (напримерправую, фиг. 2 а), при этом в ней воз.Сканирующий оптико-электронный20 датчик угла, содержащий источник когерентного получения, оптически связанные и установленные .по ходу лучасветоделитель, сканатор и плоскоезеркало, кинематически связываемое25 с объектом, объектив, оптически связанный с светоделителем, дифференциальный фотоприемник, светочувствительная площадка которого расположена в фокальной плоскости объектива, и блок преобразования сигнала,входы которого соединены с соответствующими входами дифференциальногофотоприемника, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью повышенияточности и быстродействия, он снаб 35жен последовательно соединенными высокочастотным генератором пилообразного напряжения и источником питания, сканатор выполнен в виде акус 40 тооптического модулятора, входомсоединенного с выходом высокочастотного источника питания, и установленпод углом Брэгга относительно напряжения распространения луча,5 150450 никает сигнал, показанный на Фиг, 2 б, Его длительность несколько меньше Т(Т - период сканирования). Подобный сигнал, только со сдвигом по времени на Т/2, снимается и с другой половины дифференциального фотоприемника 10 (Фиг. 2 в). После усиления этих сигналов с помощью усилителей 13 они подаются на компараторы 14, сигналы с которых приведены на фиг, 2 г,д. От передних фронтов. этих сигналов запускается триггер 15, на выходе которого возникает сигнал в 5 виде меандра с длительностью полупериодов по Т/2, При подаче такого напряжения на фильтр 16 нижних частот (ФНЧ) получим нулевой выходной сигнал.При повороте зеркала 1 от нулеивого положения на.угол Ьс, который требуется измерить, ход отраженных от зеркала 7 лучей изменится таким образом, что середина линии сканирования сместится от полоски 11 в какую-либо сторону, в зависимости от знака Ь 4 (фиг. 4). В этом случае при сканировании на одной половине площадки 9 пятно будет находиться в течение Т/2 + Т, а на другой Т/2 - Т, График сигналов с компараторов 14 приведен для этого случая на Фиг. 2 ж, з, а с триггера 15 - на фиг. 2 и, откуда видно, что в выходном Фильтре 16 появится постоянная составляющая определенного знака, зависящего от знака ЬЫ,. Это значит, что электронный блок 12 выдает сигнал, пропорциональный угловому смещению объекта, Линейность выходной характеристики датчика 1(ЬОЬ) определяется линейностью сигнала с генератора 6, Отметим, что наличиераз 3 6делительной полоски 1между частями светочувствительной площадки 9, размеры которой превышают диаметр светового пятна, не сказываются на форме сигналов с триггера 5 и влияют на выходной сигнал. Ширина полоски 11 вызывает лишь некоторое уменьшение углового обзора датчика, определяемого амплитудой сканирования Х, а она в свою очередь, зависит от амплитуды углового сканирования Ь О и фокусного расстояния 8 (Ьх = Г Ь 6 ). Угловой обзор в зависимости от выбора акустооптического элемента 3 может достигать + 1Формула и э о б р е т е н и я1504503 ив,и Составитель В, ЧулковТехред М.Моргентал Коррек Шаров едакто ли зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.(на, 10 Заказ 5240/41 Тираж 683 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 1113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5