Устройство для измерения угловых перемещений объекта

321 22 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ПВт СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4-2 устр-во диска с дорожкой,которой изменяется по линену,и фокусирующей линзы. Лщает акустооптический мод(АОМ) 2 на который подан амодулированный сигнал. Сведифрагирует. По выходе изгированные пучки и пучок н толщина йному закоазер 1 осве- улятор Бюл. Р 4й институ приб ор остр о ов 88.8)е свидетел С 01 В 2ВО ДЛЯ ИЗМИЙ ОБЪЕКТА ство СССР /00, 1988 РЕНИЯ УГЛ рядка о4, смещл ель но(57) Изобретение от тельной технике и м зовано для точных и положения объекта в не изменения углов. ния является расшир измерений углового та за счет введения пропорц та. Поп решетку и ет щен п ию фа шика удят об угле поия. 2 ил.3 екрот та изме(72) А.А. Ти (53) 537 3 ( (56) Авторск 1 Г 1479831, кл (54) УСТРОЙС ВЫХ ПЕРЕГ 1 ЕЩЕ носится к иэмериожет быть испольэмерений углового широком диапазоЦел ью и э обр етеение диапазона перемещения объек в измерительное тражаются от дорож аясь при повороте д друг другу, смещен онально углу пово адая далее на дифр5, пучки по выход рируют на линзе 6, еобраэованце Фурье ы сигнала на вь д мплит уд нот наАОМ 2 АОМ 2 дифраулевого пои 3 диска иска парале пучковота объеккционную у иэ нееосуществляПо иэмене- фотоприИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точных измерений углового положения в широком диапазоне измене-,5 ния углов.Цель изобр етейия - расширение диапазона измерений углового перемещения объекта за счет введения в измерительное устройство диска с дорож кой, толщина которой меняется по линейному закону, и фокусирующей линзы. 25 50Пучок лазера 1 освещает АОМ 2,на который от модулятора 10 подаетсяамплитудно-модулированный сигнал Н=(1 + ш сов 031) совЯ 1шсовЯ 1 + - сов(ЯВ + Я)+В 2 55+ - сов(Сд - Сдц) Т На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на Фиг2 - 15развертка дорожки по окружности иход лучей при повороте диска.Устройство содержит последовательно оптически соединенные лазер 1,акустооптический модулятор (АОМ) 2, 20дорожку 3, диск 4, .дифракционнуюрешетку 5, линзу 6, диафрагму 7, Фотоприемник Я, а также генератор 9низкой частоты, выход которого соединен с первым входом модулятора10, второй вход которого соединенс выходом генератора 11 высокой частоты, выход модулятора 10 соединенс входом АОМ 2, выход Фотоприемни-ка 8 соединен с входами фильтров 12и 13, выход фильтра 12 соединен спервым входом смесителя 14, второйвход которого соединен с выходомгенератора 11, выход смесителя 14,соединен с первым входом Фазометра3515, выход Фильтра 13 соединен с первым входом фазометра 16, вторые входы фазометров 15 и 16 соединены с выходом генератора 9, выходы фазометров 15 и 16 являются выходныли шина -ми соответственно точного и гРубогоканалов.Ось вращения диска 4 совмещена сосью вращения объекта. Толщина дорожки по окружности меняется по линейному закону. Дорожка покрыта отражающим покрытием,Устройство работает следующим образом. где Ян и 0)В - соответственно низкаяи высокая частоты.Свет дифрагируют на АОМ 2 с углами дифракции:В = В (В+Он) = В +ЗЬ(2)ЧО Я %ГВ и 17 В т Н УЪВгде 7 В - скорость звука в модуляторе.Дифрагированные пучки и пучок нулевого порядка падают на дорожку 3 диска 4 и отражаются от нее. Так как толщина дорожки меняется при повороте диска 4 по линейному закону, то отраженные от диска 4 пучки смещаются параллельно друг другу (фиг,2) На фиг,2 несложно определить величину смещенияС = ОА = 2 К в 1 пЦ в 1 пс 0 в, (3)где К - радиус диска;( - угол падения пучка лазерана дорожку;- угол наклона дорожки поотношению к плоскости диска;О,: угол поворота диска (объекта).Следовательно, смещение пучков прямо пропорционально углу поворота объектаДалее пучки падают на дифракционную решетку 5, которая совмещает пучок нулевого порядка с дифрагированными пучками. При этом частота йвыбрана такой, чтобы дифрагированные пучки интерферировали между собой. В результате на линзе 6 происходит интерференция дифрагированных пучков с пучком нулевого порядка. Линза 6 осуществляет преобразование фурье, диафрагма 7 установлена в фокусе линзы 6, далее эта картина воспроизводится фотоприемником 8. Поскольку ,учки на входе линзы 6 смещаются параллельно ее плоскости, то по свойству Фурье-преобразования это приводит к изменению Фазы пучков в плоскости . фурье-преобразования. Тогда, полагая, что падающие на линзу 6 пучки имеют плосКий фронт, получают следующее выражение для сигнала на выходе фотоприемника 8:- координата в плоскости1 р 0 - размеры диафрагмы 7 илинзы 6;Бв),Пер) " амплитуды сигналов.1В выражении (4) не приведены слагаемые с частотами (ДЕ р у - Я ,р 29 р так как фильтры 12 и 13 пропускают сигналы с частотами соответственно (х) + Я и(д . После смесителя 14 частота сигнала уменьшается до (х)н Таким образом, фазометр 16 измеряет фазу сигнала (грубый канал измерения) 0 и) соэ(Я - КС 9 я)р а фазометр 15 -афазу сигнала Од, соз (Ц +ИС-КСОД(точный канал измерения).Таким образом, для грубого и точного каналов фазы0) =КС 9 = - " - .С2 панч Ь=КСО = -С.2 ИВточ)а в 7 ьУстройство позволяет измерятьуглы в диапазоне 0-359Формула изобр ет енияУстройство для и змер ения угл овых перемещений объекта, содержащееоптически с вяза нные ла зер, а кустооптический модулятор, отражатель, пред.назначенный для закрепления наобъекте измерения, дифракционную решетку и фотоприемник с диафрагмой,параллельно подключенные к выходуфотоприемника два фильтра и последовательно подключенные к первомуфильтру Фаэометр, а к второму -последовательно подключенные смеси-."тепь и фазом тр, модулятор, связанный с входом акустооптического модулятора, генератор низкой частоты, выхоц которого связан с модулятором ивходами первого и второго фазометров, генератор высокой частоты, выход которого связан с вторым входоммодулятора и входом смесителя,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью расширения диапазона измерений, оно снабжено линзой, установлен"ной между дифракционной решеткой, ифотоприемником с диафрагмой, а отражатель выполнен в виде диска с кольцевой отражающей дорожкой, толщинакоторой вдоль окружности изменяетсяпо линейному закону.1603193 Составитель В, Шабановаактор А,; Огар Техред М,Дидык Корр ект Черни аказ 3377 Тираж 483НИИПИ Государственного комитета по1.13035, Москва, ИПодписно ГКНТ ССС