Световодный датчик углового положения

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых угловых смещений объектов . Целью изобретения является повышение точности за счет увеличения чувствительности датчика. Пучки лучей источника 4 излучения через элемент 3 ввода излучения попадают на пленарный волновод 1 на цилиндрической подложке 2, а затем на один из фотоприемников набора 5 фотоприемников. Изменение углового положения объекта приводит к тому, что пучок лучей попадает на другой фотоприемник набора 5 фотоприемников. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

(19) (ll) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 01 B 11/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф ь

О

9 ° Ф

1 (21) 4822539/28 (22) 03.05.90 (46) 15.08.92. Бюл. М 30 .. (71) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (72) С.В. Бабкин, B.Ñ. Голубков, Н.Н. Евтихиев, А.С. Зайцев, Н,Н. Иванов и B,Ô, Папуло вский (56) Авторское свидетельство СССР

М 1293487, кл. G 01 В 11/26, 1981, Авторское свидетельство СССР

М 1504501, кл. 6 01 В 11/26, 1989. (54) СВЕТОВОДНЫЙ ДАТЧИК УГЛОВОГО

ПОЛОЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для йзмерения малых угловых смещений объектов. Целью изобретения является повышение точности за счет увеличения чувствительностй датчика. Пучки лучей ис точника 4 излучения через элемент 3 ввода излучения попадают на планарный волновод 1 на цилиндрической подложке 2, а затем на один из фотоприемников набора 5 фотоприемников. Изменение углового положения объекта приводит к тому. что пучок лучей попадает на другой фотоприемник набора 5 фотоприемников. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1755045

Изобретение относится к области интегральной оптики и измерительной техники и может быть использовано для определения малых угловых смещений.

Известны преобразователи углового положения на овнове волоконных световодов, область применения которых ограничена невысокой точностью и конструктивной сложностыю.

Наиболее близким техническим решением является датчик углового Положения, содержащий сформированный на плоской подложке волновод, элемент ввода излучения и набор фотоприемников, а также источник излучения. Недостатком датчика является невысокая точность"определения угла, ограниченная размерами планарной волноводной структуры.

Целью изобретения является повышение точности датчика.

На фиг. 1-3 показаны структурные схем ы" дат чика-, отлйчающиеся р аз лич йым и вариантами выполнения и расположения набора фотоприемников.

Датчик углового положенйя содержит планарный волновод1, сформировайный на цилиндрической подложке 2, злемейт ввода излучения 3, источник излучения 4 и набор фотоприемников 5. Планарный волновод и элемент ввода излучения скреплены с основанием (на фиг. 1-3 не показано), а йсточник излучения установлен на осйовании с воэможностью поворота вокруг заданной оси.

Элемент ввода излучения выполнен в виде призмы с цилиндрическими входной и выходной поверхностями (фиг. t). Входная цилиндрическая поверхность элемента ввода 3, имеющая радиус R, обращена к источнику излучения 4 таким образом, что центральная ось цилиндра радиусом R совпадает с заданной осью, вокруг которой осуществляется угловое перемещение источника излучения 4. Выходная цилиндрическая поверхность элемента ввода (радиусом r) обращена к волноводу и . состыкована с его цилиндрической поверхностью в точке, лежащей на заданной оси.

Такая конструкция элемента авода излучения обеспечивает эффективный ввод энергии в вол новод без смещения точки ввода по образующей цилиндрической поверхности волновода в диапазоне рабочих углов смещения, В структуре датчика,: показанной на фиг.1, набор фотоприемников 5 выполнен в виде линейки, установленной на цилиндрической поверхности волновода 1 параллельно оси цилиндра. Другим вариантом расположения набора фотоприемников является его установка в плоскости, перпендикулярной оси цилйн ра,.на цилиндрической поверхности волновода или íà erd торцевой поверхности (фиг.2). В структуре датчика, показанной на фиг.3, фотопри5 емники набора установлены на цилиндрической поверхности волновода в противоположных его концах симметрична относительна элемента ввода излучения 3, Последняя структура может быть использо10 вана в системах допускового контроля.

Датчйк углового положения. работает следующим образом.

Световой луч источника 4 вводится в волновод 1 с помощью элемента ввода из15 лучения 3 и распространяется по волноводному слою по спиральной линии, шаг которой определяется угловым положением источника излучения. Некоторое угловое смещение источника 4 относительно задан20 ной оси приводит к изменению угла паденйя луча в точку ввода излучения в волновод и, соответственно, изменению шага спирали (см, траекторию, йоказайную на фиг,1 и 2 штриховой линией). Соответствующее сме25 щение луча"регистрируется набором фотоприемников 5. При этом величина линейного смещенйя луча бтносительно фотоприемников набора, а следовательно, и точность датчика увеличиваются с ростом

30 числа шагов спирали и, соответственно, ростом длины оптического пути распространяющегося по волноваду светового луча;

Использование развертки луча света в диэлектрическом волноводе на цилиндриче35 ской подложке позволяет существенно повысить точность определения угловых смещений при малых габаритных размерах да тчи ка.

Формула изобретениия

40 1, Световодный датчик углового положения, содержащий основание, планарный волновод, скрепленный с основанием, источник излучения, установленный на осно- вании с возможностью поворота вокруг

45 заданной оси, элемент ввода излучения,, скрепленный с планарным волноводом, набор фотоприемников, скрепленный с пла-. нарным волноводом и оптически связанный через планарный волновод и элемент ввода

50 излучения с источником излучения, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, планарный волновод выполнен на цилиндрической подложке, элемент ввода излучения выполнен в виде призмы с двумя

55 цилиндрическими поверхностями и установлен так, что первая цилиндрическая поверхность призмы оптически связана с источником излучения, а ее ось совмещена с заданной осью, вторая цилиндрическая поверхность призмы скреплена с цилиндри5 1755045

6 ческой поверхностью волновода в точке, ле- на цилиндрической поверхности волновода жащей на заданной оси. ..: в плоскости; перпендикулярной оси цилин2. Датчик по п.1, отличающийся дра, тем, что набор фотоприемников выполнен в:. 4. Датчик по п,1, отличающийся виде линейки фотоприемников и установ-. 5 тем, что набор фотойриемников вйполнен в лен на цилиндрической поверхности волно- виде двух фотоприемййков, установленных вода параллельно оси цилиндра.::.: -:::. на цилиндрической поверхйости волновода

3. Датчик по п.1, отличающийся симметрично относительно элемента ввода тем, что набор фотоприемников установлен излучения по разные от него стороны.гл