Способ контроля перемещений

диафрагмы при двух положениях последней; на Фиг,4 - пространственные модулирующие Функции А,(х) и А(х);на Фиг.5 - позиционная характеристи 5ка, соответствующая предлагаемомуспособу; на Фиг.6 - временные диафрагмы иллюстрирующие предлагаемыйспособ для случая модулирующих (вовремени) сигналов треугольной формы.Способ осуществляют следующимобразом.Формируют энергетические потоки,взаимно сдвинутые в пространстве в 15направлении перемещения,Модулируют во времени энергетические потоки по законам, выражаемым периодическими функциями, не содержащими четных гармоник и взаимно 20сдвинутыми на четверть периода.Модулируют в пространстве энергетические потоки в зависимости от величины и направления перемещенияФормируют суммарный энергетический поток из энергетических потоков,модулированных во времени и в пространстве.Формируют информационный сигнал,пропорциональный суммарному энергетическому потоку.Формируют дополнительный суммарныйэнергетический поток путем отвода час-.ти исходных энергетических потоков,модулированных во времени. 35Формируют опорный сигнал, пропорциональный дополнительному суммарному энергетическому потоку.Сравнивают фазу информационногосигнала с Фазой опорного и по результатам сравнения судят о величине инаправлении перемещения.1Устройство для осуществления предлагаемого способа (для случая авто;холлимационного контроля угловых отклонений объекта) содержит контрольный элемент 1, выполненный, напримерв виде зеркала, жестко связанный сконтролируемым объектом (не показан),автоколлимационную оптическую систему 502 (систему 2), установленную так,что контрольный элемент 1 находится вв поле зрения системы 2, светоделитель 3, оптически сопряженный с системой 2, источники 4 и 5 излучения имодулирующую диафрагму 6, размещенные соответственно в двух сопряженных Фокальных плоскостях системы 2,образованных светоделителем 3, Фото" приемник 7 информационного потока, установленный по ходу информационного потока излучения за модулирующей диафрагмой 6, установленные по ходу опорного потока излучения оптическую систему 8 и Фотоприемник 9 опорного потока, генератор 1 О модулирующих сигналов, выходы которого подкЛючены соответственно к управляющим входам источников 4 и 5 излучения, и измеритель 11 сдвига Фаз, входы которого подключены соответственно к выходам Фотоприемника 7 информационного потока и Фотоприемника 9 опорного потока, а выход является выходом устройстваУстройство работает следующим образомИсточники 4 и 5 излучения формируют энергетические потоки, которые проходят через автоколлимационную оптическую систему 2 (ход лучей показан условно), отражаются от контрольного элемента 1, вновь проходят через автоколлимационную оптическую систему 2, отражаются от светоделителя 3 и попадают на модулирующую диафрагму 6, на которой строится автокол лимационное изображение источников 4 й 5 излучения (Фиг.2). При отклонениях контрольного элемента 1 изображение источников 4 и 5 излучения перемещаются по модулирующей диафрагме 6, чем достигается пространственная модуляция энергетических потоков.Суммарный энергетический поток попадает на Фотоприемник 7 информационного потока, который преобразует его в информационный электрический сигнал, фаза которого зависит от углового положения контрольного элемента 1, Немодулированная в пространстве (но модулированная во времени генератором 10 модулирующих сигналов) часть энергетических потоков источников 4 и 5 излучения отражается от свето- делителя 3 и через оптическую систему 8 попадает на Фотоприемник 9 опорного потока, который преобразует дополнительный суммарный энергетический поток в опорный электрический сигнал, с которым сравнивается информационный сигнал в измерителе 11 сдвига Фаз. Способ контроля перемещений разработан на основе следующих принципиальных положений.484 6 Сигнал, пропорциональный суммарному потоку, равен ядп ре +,(х) = А,(1-СХ); (х) = Ао(1+СХ),4 1ХС Рассмотрим прщую функцию, не гармоник ядпЫ Т. той на четверть соя я . В этом с и Р будут пром мени в соответст ядп ц 1 и соя 01 соответствии с ф А (х),стейшую модулируюодержащую четных Функцией, сдвинуериода, Является учае потоки Р, дулированы во вреии с функциями и в пространстве внкциями А, (х) и С=2/ О) 5) о сй 1 1+СХ ч = до= ц ри Х=О редс авим Фазу в видгда из выражен чим:45 модуляция по Хеличины потоков,(х,е) = А(х) (хТ) = А(х) Ядп Ы 1 де потоммарный и д ото модуля цравен Р(х с)=Р=Ро А,(х) Л (х) сояИ дп 5 1490На фиг.2 изображены сечения энергетических потоков Р и Р в плоскости модулирующей диафрагмы 6. Потоки Ри Р разнесены в пространстве на расстояние Ъ. Модуляция потоков в5 пространстве осуществляется при взаимном перемещениипотоков Р и Р1 относительно диафрагмы 6 по оси Х. Заштрихованные части потоков Р и Р 102 попадают во внутрь диафрагмы 6 и образуют суммарный поток, который преобразуется в информационный электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна суммарному потоку. 15 При взаимном перемещении потоков Р и Р относительно диафрагмы 6 изменяется доля мощности каждого из потоков Р, и Р , попадающих в диафрагму 6, Распределение потоков Р и Р в диаф. рагме 6 при взаимном перемещении на величину Хо показано на фиг.З. При данной конфигурации сечений потоков Ри Р пространственные модулирующие Функции А,(х) и А(х) (зависи мости потока, попадающего в дифрагму 6, от величины перемещения Х) будут иметь вид, показанный на фиг,4, из которого видно, что потоки Р и Р2 в пределах характерного размера а 30 изменяются при перемещениях линейно соответственно в сторону увеличения и уменьшения. 8(х й) = К Р(х)К Р А(х)ВиядпИй + А (х) сова коэААициент пропорциональ ности.Величина К Р имеет смысл коэфФициента передачи фотоэлектрического канала,Как видно иэ выражения (3), суммарный сигнал Я(х,С) приобретает сдвиг фазы у = агсТр А (х)/А(х), который не зависит от коэфициента передачи КР и определяется только формой модулирующих функций А,(х) и А(х).Если функции А(х) и А(х) представить (в пределах характерного размера а) в виде Зависимость (6) представляет собой позиционную характеристику, ее вид представлен на Фиг.5.Таким образом, способ позволяет получить позиционную характеристику, которая не зависит от величины коэффициента передачи фотоэлектрического канала, чем обеспечивается повьппение точности контроля перемещений.(8) Если отвести одинаковые части по 30 токов до модуляции в пространстве и образовать дополнительный суммарный поток Р (й), то сигнал, пропорциональный дополнительному суммарному потоку, будет равен35В (Й) .Р 81 пдйой Ю+ Р совий К Р, + РР (9) 40в вдп(цй + агсщ - о- )Рогде К - коэффициент ответвления потоковКак видно из выражения (9), фаза сигнала Вп(й) Равна Фазесигнала 45 Б(хй) в точке Х = О. Таким образом, сигнал 8(1) можно использовать в качестве опорного сигнала, фаза которого меняется при изменении потоков Ро И Рой СИНХРОННО С фазой Ии ,50 формационного сигнала. Очевидно, что разность фаз информационного и опорного сигналов не будет зависеть от изДля осуществления измерений сдвига фазы ф (или ЬЦ необходимо иметь сигнал опорной фазы. Таким сигналом может быть любой исходный сигнал в 1 пЯй.или совяй. Фаза ц) в выражении (4) т определялась по отношению к сигналу в 1 пЯй.Приведенные вьппе рассуждения основывались на том, что немодулиро. ванные энергетические потоки одинаковы и раввм Ро.Однако реально эти потоки равны Рв). Однако реально эти потоки всегда будут не равны и, кроме того, могут изменяться со временем. Эти 15 изменения вызывают погрешности в определении перемещения, так как сдвиг Фазы ф в этом случае зависит от немодулированных потоков Р, и Роъ20агсйд -ф - ф --Р А х 1(7)Ро,А, (х) менений потоков Р и Р , Это поэвоО 1ляет дополнительно повысить точность контроля перемещений.Сущность способа рассмотрена на примере простейшей модулирующей функции в 1 п (дС. Тем не менее все рассуждения справедливы и для периодических сигналов любой формы, не содержащих четных гармоник, У таких сигналов при сдвиге на четверть периода происходит сдвиг фазы всех гармоник (нечетных) также на четверть периода. На Фиг.б приведены временные диаграммы для случая модулирующих во времени сигналов треугольной формы и перемещения на величйну Хо. Пунктиром показан опорный сигнал.формула изобретения1. Способ контроЛя перемещений, заключающмйся в том, что формируют энергетические потоки, взаимно сдвинутые в пространстве в направле нии перемещения, модулируют в пространстве энергетические потоки в зависимости от величины и направления перемещения, формируют суммарный энергетический поток, который используют при определении величины и направления перемещения, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности, модулируют во времени энергетические потоки пб закону, выражаемому периодическими функциями, не содержащими четных гармоник и взаимно сдвинутыми на четверть периода, формируют информационный сигнал, пропорциональный суммарному энергетическому потоку, и опорный сигнал, сравнивают их фазы и по разности фаз судят о величине и направлении перемещения.2. Способ по и.,1, о т л и ч а ющ и йс я тем, что формируют дополнительный суммарный энергетический поток путем отвода части исходных энергетических потоков, модулированных во времени, а опорный сигнал формируют пропорциональным дополнительному суммарному энергетическому потоку..Шекма роиааодственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго л. Гагарина, 101 акаэ 3740/45НИИПИ Госуда Тираж 683твенного комитета113035, Москва,Подписное изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР5, Раушская наб., д. 4/5