Отметчик одного оборота вращающегося кольцевого лазера с оптическим смесителем

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности, надежности и упрощение конструкции отметчика одного оборота. Отметчик одного оборота вращающегося кольцевого лазера содержит сопряженное с кольцевым лазером светоделительным элементом, фотоприемное устройство , блок формирования сигнала .отметчика. Новым в отметчике является то, что в нем отсутствует дополнительный когерентный источник света,„фотоприемное устройство выполнено в виде трехплощадочного фотоприемника, а блок формирования 4 выполнен в виде формирователей 5, 6, 7, умножителя частоты 8 и арифметическо-логического устройства 9. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. чиfe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 В 21/22

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4902722/28 (22) 17.01.91 (46) 15.08.93. Бюл. М 30 (71) Московский автомобилестроительный институт (72) Е.В.Скрибанов, В.Н.Енин, В.Н.Курятов, А.И.Левшов, И.Е.Марков, С.Л.Соловьев и

А.И»Хомяков (73) Московский автомобилестроительный институт (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1486783, кл. G 01 В 11/26, 1988, Лазерные измерительные системы, под ред.Д.П.Лукьянова, М.: Радио и связь, 1981, с.321, (54) ОТМЕТЧИК ОДНОГО ОБОРОТА ВРАЩАЮЩЕГОСЯ КОЛЬЦЕВОГО ЛАЗЕРА С

ОПТИЧЕСКИМ СМЕСИТЕЛЕМ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к контрольно-измерительным устройствам для бесконтактного измерения, плоских углов на основе вращающегося кольцевого лазера (КЛ). Более конкретно, предложение от носится к измерителю полного угла поворота КЛ, формирующему сигнальную метку при повороте КЛ на один полный оборот (в дальнейшем отметчик одного полного угла поворота КЛ). Такие отметчики являются обязательными функциональными элементами устройств для измерения на основе вращающихся КЛ.

Целью изобретения является повышение точности, надежности и упрощение конструкции отметчика одного оборота КЛ,, Ы 1835049 А3 (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности, надежности и упрощение конструкции отметчика одного оборота. Отметчик одного оборота вращающегося кольцевого лазера содержит сопряженное с кольцевым лазером светоделительным элементом, фотоприемное устройство, блок формирования сигнала ,отметчика. Новым в отметчике является то, что в нем отсутствует дополнительный когерентный источник света,„фотоприемное устройство выполнено в виде трехплощадочного фотоприемника, а блок формирования 4 выполнен в виде формирователей

5, 6, 7, умножителя частоты 8 и арифметическо-логического устройства 9. 1 э.п. ф-лы, 3 ил.

На фиг.1 представлен вариант исполнения КЛ со светоделительным элементом; на фиг.2 — блок-схема отметчика; на фиг.3— диаграмма работы отметчика.

Отметчик одного оборота вращающегося КЛ содержит кольцевой лазер 1, светоделительный элемент в виде кубика 2, фотоприемное устройство в виде трехплощадочного фотоприемника 3, блок формировайия сигнала отметчика 4. В состав блока формирования сигнала отметчика входит первый усилитель-формирователь 5, второй усилитель-формирователь 6, третий усилитель-формирователь 7, умножител ь частоты

8, арифметическо-логическое устройство 9. в состав устройства 9 входят счетчики 10 и

11, цифровой компаратор 12, одновибргторы 13 и 14, схема ИЛИ 15.

1835049

Отметчик КЛ работает следующим образом.

В кольцевом резонаторе 16 кольцевого лазера 1 распространяются две встречные волны и 1!. С помощью смесительной призмы 17, создается интерференционная картина, которая, отражаясь от зеркала 18, попадает через светоделитель 2 на фотоприемник 19 и фотоприемник 3, расположенный на неподвижном основании.

Таким образом, при отсутствии вращения, т.е, интерференционная картина стационара, т,е. неподвижна.

При вращении КЛ интерференционная картина перемещается со скоростью, определяемой частотой биений, Расстояние между соседними полосами L равно

= А г g где il — длина волны излучения;

n — показатель преломления призмы;

О- отклонение угла при вершине приз90о

Следовательно, при использовании фотоприемника с размером чувствительной площадки много меньшим расстояния между полосами интерференционной картины, фиксируется скорость прохождения максимумов интенсивности картины интерференции чувствител ьной площадкой фотоприемника 19. При постоянной угловой скорости вр,щения КЛ на выходе фотоприемника 19 имеется синусоидальный сигнал, период которого Тяи будет постоянен и раве!-i 1 ! И 4

F„, Фотоприемник 3 фиксирует ту же самую интерференционную картину, что и фотоприемник 19, но так, как он расположен на о неподвижном основании., то та же картина будет появляться на фотоприемнике 3 с периодом повторения поворота КЛ То 2 K

Количество прошедших полос будетопределяться временем Тлр, которое много больше, чем Ти, .гак как угловой размер площадок фотоприемника 3 больше, чем угловой размер, соответствующий времени

Ти я Тлр > (10 „.10 ) Тия, Это соотношение

2 4 тем выше, чем больше длина периметра кольцевого лазера, Поскольку поле интерференционной картины движется по площадкам фотоприемника 3, то выходной сигнал на краях площадки по амплитуде будет уменьшаться (фиг.Зб, в). Выходной сигнал первой или третьей площадок (в зависимости от направления вращения) фотоприемника 3 показан на (фиг.3 б), а второй на (фиг.Зв), Эти сигналы смещены друг относительно друга на величину расстояния между площадками фотоприемника. Сигналы с трех выходов фотоприемника 3 поступают на входы первого, второго и третьего усилителей-формирователей (фиг.2) 5, 6, 7, где из аналогового сигнала формируются прямоугольные импульсы (фиг.3 г,д). Следует отметить, что число импульсов в пачке N< на первом, втором и третьем входах фотоприемника будет одинаково ввиду того, что геометрические размеры светочувствительных площадок фотоприемника одинаковы и сделаны из одного материала, причем мгновенное изменение угловой скорости вращения КЛ не будет оказывать влияние на количество импульсов в первой, второй и третьей пачке, так как размер площадок фотоприемника мал, также как и. расстояние между ними, а огибающая импульсов, следующих в пачке, будет симметрична относительно центра тяжести пачки, При вращении КЛ, например, вправо пачка с числом импульсов No (фиг.Зг) сформированная усилителем формирователем 5 (фиг.2) поступает через схему ИЛИ 15 на вход счетчика 11 арифметическо-логического устройства 9 (фиг,2}. Пачка с числом импульсов ND (фиг,Зд), сформированная усилителем-фор. мирователем 6, поступает на вход частоты 8

30 (фиг.2), умножитель частоты формирует пачку с числом импульсов 2 No (фиг.3e)..Импульсы с выхода умножителя частоты 7 (фиг.2} поступают на вход счетчика 10. Выходной цифровой код с выходов счетчиков

35 10 и !1 сравнивается в цифровом компараторе 12. В момент совпадения кодов на входах цифрового компаратора уровень на выходе перебрасывается с высокого уровня, в низкий (фиг.Зж).

40 По перепаду импульса с выхода цифрового компаратора 12 одновибратор 14 формирует выходной импульс отметчика одного оборота (фиг,3 з).

По перепаду импульса с выхода цифрового компаратора 12 одновибратор 13 формирует импульс сброса счетчиков 10 и 11 (фиг,З и). Причем длительность импульса сброса больше времени 2 Тлр, т.е. Тс>2Тлр.

При вращении кольцевого лазера 1 влево отметчик работает аналогично, с той лишь разницей, что счетчик 11 подсчитывает импульс от третьей площадки фотоприемника 3, сформированные усилителем-формирователем 7, т.е. при вращении вправо или влево работают пары фотоплощадок (ФП1 — ФП2) или (ФПЗ вЂ” ФП2), Выше был подробно описан наиболее предпочтительный с точки зрения конструктивной простсты вариант реализации отметчика одного оборота КЛ, в котором

1Ц 50.1 o оптическая связь фотоприемника отметчика и смесителя КЛ осуществлялась с помощью светоделителя. Очевидно, что возможны и другие варианты технических решений, не выходящие за рамки настоящего предложе- 5 ния, например, установка второго смесителя на другом зеркале, связанного только с фотоприемником отметчика, или вариант, когда с выхода единственного смесителя энергии с помощью волоконно-оптическо- 10 го ответвителя поступает на упомянутые фотоприемники, а так же другие варианты, в которых необходимым условием достижения положительного эффекта является наличие оптической связи между выходным 15 смесителем КЛ и фотоприемником отметчика.

Использование предлагаемого отметчика обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества: 20 устраняются погрешности, вызванные технологией изготовленля призмы Кестерса, биением оси вращения КЛ относительно неподвижного обоснования, тепловыми флуктуациями окружающей среды, а. так же 25 нестабильностью источника света, кро .;е того уменьшаются габариты,; уг:; о:.. а л конструк мя устройства.

Ф;- р к-: у л а и з с 6 р е т е::: и я

1, Отметчик одного оборота вращают.,е- Ж гося кольцевого лазера с аптлч:-схим с .е:;телем, содержа щи Й ис Гоdl- t.к . Бе .":, фотоприе :;лик, блок фор; ирования си: .«л:; отме-:чика, ллход фотоприемного ус,ройства соединен с входом блока формпрова: ия 3-; сигнала отметчика, о т л и ч а,о шийся;=::i, что, с целью повышения точности и надежности, конструктивного упро.цения отметчика путем использования выходного информационного сигнала кольцевого лазера, фотоприемное устройство выполнено в виде трехплощадочного фотоприемника, оптически связываемого с выходом оптического смесителя кольцевого лазера, а блок формирования сигнала отметчика выполнен в виде трех формироватеггей импульсов, умножителя частоты и трехвходового арифметическо-логического устройства, первь.й выход трехплощадочного фотоприемника через первый формирователь импульсов соедине н с первым входом а риф метичес ко-л огич еского устройства, второй выход фотоприемника через последовательно соединенные второй формирователь импульсов и умножитель частоты — с вторым входом арифметическо-логического устройства, третлй вь.ход трехплощадочного фотоприемника соединен с третьим входом арифметическо-логического устройства, 2, Отметчик по п1, отл и ча ю щи йс я гем, что арифметическо-логическое устройст =: выполнено в: де дь":х счетчиков со счет !i ii ". .:!: j!!jan.. 4ляю,ими в:-.одами, цифровога кок :!",àðàòoðà с д; рля входами, двух одновиораторов и схемы МАИ,, причеши входы ц . ô!Ýñ ÁÐ! a !,vè:" ":;)атора åðeà счетчики и

c. .;:.èó . ."..: i =; —.-ззны с соответствч ащими

ВХОД::::МИ аРИф .. ;Е1ИчЕСКО ЛОГИ 6СКОГО УCtрийства, выход ко .. наратора <îðåç первый одновибра..Го связ".í с выходом

"j Г;-..о.:ства, а через в-врой — с управляющимии входами счетчиков, 1835049

1835049 фи Я

Составитель Е,Скрибанов

Техред М.Моргентал Корректор M.Aêäðóøåíêî

Редактор

Заказ 2712 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101