Сканирующий оптико-электронный датчик угла

 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в системах для измерения малых угловых отклонений различных объектов, например в гироскопии. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия. Это достигается за счет увеличения частоты сканирования и повышения ее стабильности путем использования акустооптического метода сканирования. Источник 1 когерентного излучения освещает лучом света зеркало 7, установленное под углом Бретта по отношению к лучу, связываемое с объектом. Отраженный луч света с помощью светоделителя 2 и объектива фокусируют на светочувствительную площадку 9 дифференциального фотоприемника 10, сигнал с которого преобразовывается блоком 12 преобразования в импульсный с широкоимпульсной модуляцией. Об угле судят по отсутствию постоянной составляющей на выходе фильтра 16 нижших частот. Использование в качестве сканатора акустооптического модулятора 3 позволяет осуществить сканирование по линейному закону, задаваемому генератором 6 пилообразного напряжения с высокой частотой и стабильностью. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (504 01 В 11 26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4386039/24-28 (22) 29.02.88 (46) 30.08.89. Бюл. У 32 (71) Научно-исследовательский институт прикладной математики и кибернетики при Горьковском государственном университете им. Н.И,Лобачевского (72) Л.С.Привер (53) 531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1073572, кл. G 01 В 11/26, 1980. (54) СКАНИРУ10ЩИЙ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ

ДАТЧИК УГЛА (57) Изобретоние относится к измерительной технике и может найти применение в системах для измерения малых угловых отклонений различных объектов, например в гироскопии.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия — достигается за счет увеличения частоты сканирования и повышения ее стабильнос„„SU„„ I 504503 A 1

2 ти путем использования акустооптического метода сканиронания. Источник

1 когерентного излучения освещает лучом света зеркало 7, установленное под углом Брэтта по отношению к лучу, связываемое с объектом.

Отраженный луч света с помощью светоделителя 2 и объектива фокусируют на светочувствительную площадку

9 дифференциального фотоприемника

10, сигнал с которого преобразовывается блоком 12 преобразования в импульсный с широкоимпульсной модуляцией. Об угле судят по отсутствию постоянной составляющей на выходе фильтра 16 нижних частот. Использование в качества сканатора акустооптического модулятора 3 позволяет осуществить сканирование по линейному закону, задаваемому генератором 6 пилообразного напряжения с высокой частотой и стабильностью.

4 ил.

3 1504503

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в системах для измерения малых угловых отклонений различных объектов, например в гироскопии.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия — достигается за счет увеличения частоты сканиронания и повышения ее стабильности путем использования акустического метода сканирования.

На фиг. 1 приведена схема оптического тракта и электронного блока датчика угла, на фиг, 2 диаг- 15 раммы электрических сигналов в электронном блоке; на фиг. 3 — разрез

Л-А на фиг. l, фотоприемник с световым пятном в центральном положении; па фиг. 4 — то же, с световым 20 пятном, смещенным на одну из светочувствительных площадок.

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения, светоделитель 2, сканатор в виде акустоопти- 25 ческого модулятора 3 с пьезоизлучателем 4, высокочастотный источник

5 питания, генератор 6 пилообразного напряжения, плоское зеркало 7, объектив 8, в фокальной плоскости 30 которого расположена светочувствительная площадка 9 фотоприемника

10, на которую нанесена невосприимчи— вая к свету полоса il, блок 12 преобразования сигнала.

Блок 12 прсобразования сигнала состоит из двух усилителей 13, двух компараторов l4, триггера 15 и фильтра 16 нижних частот.

Сканирующий оптико-электронный 40 датчик угла работает следующим образом.

Параллельный пучок света от источника 1, проходя через светоделитель 2, падает на акустооптический 45 модулятор 3, который установлен к направленйю лучей под углом 8> Брэгга.

Угол Брэгга находится из условия дифракции лучей в первой дифракционный максимум 50

2A" где A — длина волны источника 1;

Л вЂ” длина акустической волны, возбужденной в акустооптическом модуляторе 3 с помощью пьезоизлучателя 4 от источника 5 питания, средняя частота источника

5 определяется по формуле

V =л где Ч вЂ” скорость акустических волн и в акустооптическом модуляторе 3.

Бегущая волна н модуляторе 3 эквивалентна появлению в нем дифракционной решетки и при соответствующем подборе амплитуды в источнике

5 большая часть излучения источника 1, падающая на модулятор 3, отклоняется под углом 9 = 6 и падает перпендикулярно на зеркало 7.

Отражаясь от зеркала 7, свет опять испытывает дифракцию в модуляторе 3 и, падая на светоделитель 2 под углом 45, направляется на объектив 8, которым фокусируется на светочувствительную площадку 9 фотоприемника 10 в световое пятное, причем при нулевом", т.е. неотклоненном положении зеркала 7, пятно попадает в центр полоски ll светочувствительной площадки 9. При этом сигналы на выходах фотодиода 10 отсутствуют.

Функционирование устройства, связанное со сканированием пятна, происходит следующим образом. Источник 5 питания типа свип-генератора осуществляет частотную модуляцию, которая производится с помощью генератора

6 пилообразного напряжения. При этом происходят периодические нарушения условий 3рэгга, т.е. свет отражается на угол 9 = 9 + A 9. Отраженные от зеркала 7 лучи также меняют направление на + 9, и в результате изменения 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. 2а 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 пятно через короткий интервал времени попадает на одну из светочувствительных половин площадки 9 (например правую, фиг. 2а), при этом в ней воз.

Сканирующий оптико-электронный

20 датчик угла, содержащий источник когерентного получения, оптически связанные и установленные .по ходу луча светоделитель, сканатор и плоское зеркало, кинематически связываемое

25 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 дифференциального фотоприемника, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, он снаб35 жен последовательно соединенными высокочастотным генератором пилообразного напряжения и источником питания, сканатор выполнен в виде акус4п тооптического модулятора, входом соединенного с выходом высокочастотного источника питания, и установлен под углом Брэгга относительно напряжения распространения луча, 5 150450 никает сигнал, показанный на фиг. 2б.

его длительность несколько меньше

Т (Т вЂ” период сканирования). Подобный сигнал, только со сдвигом по времени на Т/2, снимается и с другой половины дифференциального фотоприемника 10 (фиг. 2в). 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 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 7 от нулеIt вого положения на.угол boL 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 о4 (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, 3, а с триггера 15 — на фиг. 2и, 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 наличие раз3 6 делительной полоски l между частя\ми светочувствительной площадки 9, размеры которой превышают диаметр светового пятна, не сказываются на форме сигналов с триггера 15 и влияют на выходной сигнал. Ширина полоски ll 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 = F ЬО ).

Угловой обзор в зависимости от выбора акустооптического элемента 3 может достигать + 1

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

1504503

Составитель В. Чулков

Техред М.Моргентал Корректор М. Шароши

Редактор А. Долинич

Заказ 5240/41 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ (;(;l

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагарина, 101