Оптико-электронное углоизмерительное устройство

.Маистре етельство СССРВ 9/08, 1967. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ 54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УГЛОИЗМЕРЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО(57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретениявляется повышение точности и быстродействия, а также расширение диапазона измерений эа счет исключенияпогрешностей от флуктуаций, исключения механических частей, а такжеобеспечения преобразования угол-тангенс угла. Устройство содержит дваизлучателя 2, засвечивающих грани разделительной:призмы 3 излучениями,отличающимися по фазе друг от другана угол, меньший 180 . Объектив 11.проецирует изображение в плоскостьанализа диафрагмы 12, за которойразмещен 4 отоприемник 13. На выходефотоприемника образуется сигнал, фаза которого изменяется по отношениюк опорному сигналу в зависимостиот угла поворота, этот сигнал поступает на фазометр 17Одновременнона фазометр 17 поступает сигнал сопорного фотоприемника 6. Фазометр я 17, измеряя сдвиг фаз, определяетугол поворота. Выходные сигналы сблока 15 питания поддерживаются науровне, при котором разность междусигналом на выходе опорного фотоприемника 6 и входным сигналом с блока15 питания равна 90 . Таким образомпроисходит "редуцирование фазы".1 з.п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к измерительной технике, в частности к автоматическим углоизмерительным приборам, и может применяться в станко строениив приборостроении, в строительстве, при монтаже оборудования, в геодезии.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия, а также расширение диапазона измерений за счет Исключения погрешностей от флуктуаций, исключения механических частей, а также обеспечения преобразования угол-тангенс угла.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для регистрации в падаю" щем луче; на фиг. 2 - блок-схема устройства для регистрации в переотраженном луче.Устройство содержит объектив 1, два источника 2 излучения, разделительную призму 3, апертурную диафрагму 4, светоделительный элемент 5, опорный фотоприемник 6, опорный усилитель 7 (переменного тока), фазосдвигающие блоки 8 и 9, подключенныек входам соответствующего источника2. Описанные элементы могут бытьобъединены в коллиматор 10.Устройство содержит также оптически связанный второй объектив 11,диафрагму 12 и основной фотоприемник13, а также основной усилитель 14,регулируемый блок 15 питания излучателей, фазочувствительный индикатор16, соединенный с блоком 15 питанияи опорным усилителем 7, фазометр 17и функциональный преобразователь 18величины угла в тангенс; фазометр17 соединен с основным усилителем 14и фазочувствительным индикатором 16.Устройство (фиг. 2) содержит также переотражающую поверхность 19(образуемую на поверхности объекта)или пластину (скрепляемую с. объектом), разделительная призма 3 выполнена с фаской 20, при этом основнойфотоприемник 13 и основной усилитель14 устанавливаются за призмой 3 в отраженном луче.Блок 15 питания предназначен дляобразования двух модулированных впротивофазе напряжений, а фазосдвигающие блоки 8 и 9 выполнены с возможностью обеспечения фазового сдвига на+ д и -а, где р= 45 ф.Устройство работает следующимобразом. Диафрагмы 4 и 12 могут .быть вы-полнены прямоугольной формы. Фаэочувствительный индикатор 16, если фаза поступаемого сигнала сдвинута от 5оносительно опорного сигнала на 90вырабатывает выходной сигнал, равныйнулю. Если фаза поступающего сигналасдвинута относительно опорного сиг нала на угол, больший или меньшийчем 90 , то индикатор 16 вырабатывает положительный или отрицательныйуправляющий сигнал, пропорциональныйсдвигу фаз. В качестве индикатора 15 16 возможно использовать устройство,основанное на перемножителе сигналов.Блок 15 питания вырабатывает двамодулированных в противофазе напряжения. Фазосдвигающий блок 8 сдвига ет фазу одного из напряжений на небольшой угол + з, меньший .45 . а фаэосдвигающий блок 9 - на угол - р .Эти напряжения подаются на источники2. Таким образом, каждый из источни ков 2 излучает переменный световойпоток с равными амплитудами и фазами, отличающимися друг от друга наугол, несколько меньший или больший18030 Свет от источников 2, отражаясьот граней разделительной призмы 3,освещает две зоны диафрагмы 4. Этизоны разделены между собой ребромпризмы 3. Освещаемые зоны проектируЗ 5 ются объективами 1 и 11 в плоскостьдиафрагмы 12, Если оптические осиколлиматора 10 и объектива 11 параллельны, то каждая половина диафрагмы12 освещена соответствующим источни-, 40 ком 2, На выходе фотоприемника 12постоянный сигнал и переменный сигнал, пропорциональный здпд сдвинутый по фазе на 90 по отношению ксигналу, поступающему с блока 15 пи тания.При повороте коллиматора 10 илисистемы из объектива 11, диафрагмы12 и фотоприемника 13 на некоторыйугол с часть диафрагмы 12, освещае мая одним из источников 2, станетбольше, чем диафрагма, освещаемаядругим источником 2.Фаза переменного сигнала на выходе фотоприемника 13 изменяется приб лизительно пропорционально величинеперемещения диафрагмы 4.Одновременно с этим на фотоприемник 6 поступает световой поток отисточников 2.505024таких величин ссд р Г , , 1, чтобыкоэффициент редукциибыл гораздобольше единицы, т.е.1. ЬСтрогая зависимость между угломповорота Ы и фазовым сдвигом / определяется выражением2 зх 2 йоб с/сц= сей р =серр,1 О1 с уо - , = шар /.2 Г сад р То есть при больших углахзависимость между у и с/ не полностьюлинейна; если же к выходу фазометра17 подключен функциональный преобразователь 18, измеряемый фазометром, уголпреобразовывается ввеличину С 0 ЖТогда выходной сигнал с преобразователя 18 пропорционален углу поворота Ы при больших углах поворота,Принцип действия устройства при25 переотражении луча (фиг. 2) аналогичен.То, что устройство обладает большой "редукциейпо фазе, предтверждается следующим,Модулированный световой поток,поступающий на фотоприемник 13, ра- венгде Г 0 б фокусное расстояние объек тива;ширина диафрагмы,ф - /В ) =(А, - А )я 1 п ь 2 Е соя р +- А )соя45л" н з 13В том случае, если яркости источников 2 одинаковы, на выходе усилителя 7 переменный сигнал, пропорциональный я 1 пи сдвинутый по фазе на90 по отношению к сигналу, поступающему с блока 15 питания. Если одиниз излучателей станет более яркий,чем другой, фаза сигнала, изменится.Фазочувствительный индикатор 16 вырабатывает управляющий сигнал; который поступит на блок 15 питания.Этот сигнал изменяет сигналы, пода"ваемые на источники 2 до момента получения равенства яркостей источников 2,Одновременно с этим сигнал с усилителя 7 поступает на фазометр 17 ислужит в качестве опорного сигнала,На фазометре 17 также поступает сигнал с усилителя 14. Фазометр 17 измеряет сдвиг фаз между сигналами,поступаемыми с усилителя 7 и усилителя 14,Величина угла поворота а/ для малых углов " ( 5-10 (при которых.г.е ц х у ) пропорциональна фазовомусдвигу и определяется иэ уравнения2 Дх 2 Г ври4= сад р = 0 сС /3= 11,масштабный коэффициент; фазовый сдвиг, создаваемый фазосдвигающим блоком( Р (45),величина перемещения изображения диафрагмы; сгнив1- коэффициент редукЗамеряемый фазометром 17 с определенным масштабом угол фазового сдвига является углом поворота. Как видно из этого выражения, устройство обладает определенной "редукцией" по фазе, т.е. небольшому углу поворота соответствует большой фазовый сдвиг ц, Коэффициент редукции выбирается конструктивно, исходя из требуемой точности, путем принятия фц 2 к "и Ь( + АХ)Я 1 П(Ю 1 + 1+ (А+ А 2)я 1 п,б созыв = (А,р соя(сои - 90 ) + (А, +ф соя(Х,яркость излучателей 2; конструктивный параметр оптического тракта, зависящий от апертурной диафрагмы, фокусного расстояния и т.д,; коэффициенты пропускания коллиматора 10 и приемника;высота диафрагмы 13; ширина диафрагмы (в направлении измерения);(А+А )здпуь 1350502А - амплитуда светового / мпотока, засвечивающегоодну часть диафрагмы;А - амплитуда светового пог 5тока, засвечивающего фаза суммар другую часть диафрагмы, деляется из соЕсли яркости источников 2 одинаковы (В, = Вгг), то 2 дхсовр1 вопрИз выражения видно, что при отсутствии рассогласования фаза сум" марного сигнала равна нулю, а при повороте на угол Ы фаза сигнала, поступающего на .фотоприемник 3, относительно опорного изменяется пропорционально углу поворота.Аналогичным образом модулированный световой поток, поступающий на фотоприемник б, равен Фь (А, - Аг )соврвдпьй + (А- Аг) вдпрсовыс. Фаза суммарного сигнала у равна(Вг - Вг)соз Фд( хь" ь" (В.+ Вг)впрПри одинаковых яркостях фаза суммарного сигнала равна нулю, а при изменении яркости одного иэ источников 2 фаза сигнала, поступающего на фотоприемник 6, по отношению к опорному изменится и фаэочувствительный индикатор 1 б выработает сигнал управления.Так как измеряется фазовый сдвиг между сигналами, поступающими из усилителей 7 и 14, то даже при неполном выравнивании яркостей источни" ков 2, погрешность из-эа нестабильности излучателей будет уменьшена. Формула изобретения1, Оптико-электронное углоизмерительное устройство, содержащее дваизлучателя, регулируемый блок питания излучателей, апертурную диафрагму, объектив, светоделительный элемент, основной и опорный фотоприемники, выходы которых электрическисоединены с входами основного и опорного усилителей, о т л и ч а ю щ е -е с я тем, что, с целью повышенияточности и быстродействия, оно снабжено двумя фазосдвигающими блоками,выполненными с возможностью обеспечения фазового сдвига на угол + 8и -р, где з45 , фаэометром и фазочувствительным индикатором, входы ЗО фазосдвигающих блоков соединены свыходами блока питания, выход первогофаэосдвигающего блока соединен свходом первого излучателя,выход вто-.рого фазосдвигающего блока соединен 35 с входом второго излучателя, выходосновного усилителя соединен с первым входом фазометра, выход опорногоусилителя соединен с вторым входомфазометра через фазочувствительный 40 индикатор, первый вход которого соединен с одним иэ входом блока питания, а выход индикатора связан свходом блока питания.45 2. Устройство по и. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюувеличения диапазона измерения, внего дополнительно введен функциональный преобразователь величины 50 угла в тангенс, вход которого соединен с выходом фаэометра.1350502 Составитель Е.ГлазковаТехред Л.Олийнык Корректор А.Обручар Редактор С.Патрушева Заказ 5249/40 Тираж 677 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета. СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4