Датчик угла

 

Изобретение относится к области измеггельной техники и может быть использовано для измерения угла поворота объекта. Цель изобретения - повышение точности измерения угла. Датчик содержит установ нный на оси оптически прозрачный диск переменными поперечным сечением, включенный о состав пассивного резонатора двухчастотного лазера с трехзеркальным резонатором интерферометра с гетеродинированием частот, оптически связанный с лазером фотодетектор, выход которого через усилитель СВЧ подключен к входу цифрового частотомера. При повороте объекта вместе с ним поворачивается оптически прозрачный диск переменного поперечного сечения. При этом меняется толщина диска вдоль оптической оси интерферометра с гетеродинированием частот, часто вызывает изменение частоты излучения, генерируемого пассивным резонатором, и разностной частоты излучений, генерируемых активным и пассивным резонаторами. Разностная частота в виде биений излучения фиксируется фотодетектором. 1 ил,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИК («« G Ol В 21/22

УДАР СТВЕ ННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ДОМСТВО СССР

СПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ь СТОУ ( ( р

1) 4921080/28

2) 25.03,91

6) 30.08,93, Бюл, N. 32

2) Л.A.»««îêóðo«3

6) Авторское свидетельство СССР

1060938, кл, G 01 В 9/02, 1981, Авторское свидетельство СССР

1546844, кл. G 01 В 11/26, 1988.

4) ДАТЧИК УГЛА

7) Изобретение относится к области изметельной техники и может быть испольэоно для измерения угла поворота обьекта. ель изобретения — повышение точности мерения угла. Датчик содержит установнный на оси оптически прозрачный диск переменными поперечным сечением, люченный в состав пассивного реэонатоИзобретение относится к области иэмер «тельной техники, в частности к измерител м угла поворота объекта.

Цель изобретения — повышение точносТи.

Сущность изобретения заключается B с едующем. При повороте объекта вместе с н м поворачивается оптически прозрачный д cv переме«п«ого поперечного сечения, в люченный в состав пассивного резонатор лазера с трехзеркальным оптическим рез натором интерферометра с г теродинированием частот. При этом меи ется толщина диска вдоль оптической ос» и «терферометра с гетеродинированием час от, что вызывает изменение частоты излуч ния, генерируемого пассивным р зонатором, и раэностной частоты излучен «А, генерируемых активным и пассивным.БЫ, Ä 1837159 А1 ра двухчастотного лазера с трехзеркальным резонатором интерферометра с гетеродинированием частот, оптически связанный с лазером фотодетектор, выход которого через усилитель СВЧ подключен к входу цифрового частотомера. При повороте обьекта вместе с ним поворачивается оптически прозрачный диск переменного поперечного сечения. Пр» этом меняется толщина диска вдоль оптической оси интерферометра с гетеродинированием частот, часто вызывает изменение частоты излучения, генерируемого пассивным резонатором, и разностной частоты излучений, генерируемых активным и пассивным резонаторами. Разностная частота в виде биений излучения фиксируется фотодетектором, 1 ил, резонаторами. которая фиксируется фотодетектором в виде биений излучения, На чертеже показана функциональная схема датчика угла.

Датчик угла содержит жестко установленный на оси 1 объекта оптически прозрачный диск 2 с переменным поперечным сечением, лазер 3 с трехзеркальным резонатором, состоящий из активного элемента 4 и зеркал 5, 6 и 7 резонатора, активный резонатор образован зеркалами 6 и 7, пассивный — 5 и 7, в состав пассивного резонатора включен оптически прозрачный диск 2, лазер 3 оптически связан с фотодетектором 8, . выход которого через усилитель СВЧ 9 подключен на вход цифрового частотомера 10.

Датчик угла работает следующим образом. При повороте контролируемого объекта вокруг оси 1 вместе с ним поворачивается

1837159 оптически прозрачный диск с переменным поперечным сечением, При этом изменяется тольцина оптически прозрачного диска 2 вдоль оси лазера 3, что вызывает изменение оптической длины пассивного резонатора лазера, образованного зеркалами 5 и 7, так как показатель преломления оптически прозрачного диска 2, включенного в состав пас-сивного резонатора лазера 3, отличен от показателя преломления среды резонатора, "0 а геометрическая длина пассивного резонатора {расстояние между зеркалами 5 и 7) постоянна, Оптической длиной пути луча называется произведение его геометрической длины на коэффициент преломления среды.

Оптическая длина активного резонатора, образованного зеркалами 6 и 7, будет всегда постоянна, Оптическая длина резонатора лазера определяет частоту генерируемого излучения, поэтому в трех- 20 зеркальном резонаторе предложенного датчика угла будет генерироваться излучение, двухчастотное излучение одной частоты (опорной) в активном резонаторе, излучение другой частоты (измерительной) — в пассивном резонаторе лазера. Поскольку оптическая длина пассивного резонатора лазера пропорциональна толщине оптически прозрачного диска 2 с переменным поперечным сечением, а значит и углу 30 поворота объекта, то изменение частоты измерительного излучения (генерируемого в пассивном резонаторе), будет пропорционально изменению измеряемого угла поворота а), 35

Так как частота опорного излучения {генеоируемого в активном резонаторе) постоянна, то изменение разностной частоты двух рабочих частот лазера будет равно изменению частоты измерительного излуче- 40 ния, а, значит, пропорционально измеряемому углу поворота о. Разностная частота двух рабочих частот фиксируется в виде биений излучения фотодетектором 8, Каждому биению излучения на фотодетекто- "5 ре В соответствует электрический импульс на его выходе. Последовательность электрических импульсов с выхода фотодетектора 8 через усилитель 9 СВЧ (сверхвысокой частоты) поступает на цифровой частотомер 50

10, на выходе которого формируется код, равный разностной частоте двухчастотного лазера, изменение которой пропорционально изменению угла поворота объекта.

После полного оборота оптически прозрачного диска 2 происходит скачок изменения его толщины, а, значит, скачок разностной частоты двухчастотного лазера. Суммируя эти скачки, можно создать "грубый" канал измерения yrna поворота Q. Для этого достаточно на выходе цифрового частотомера 10 установить микропроцессор, суммирующий скачки при нарастании или вычитающий при снижении разностной частоты лазера непосредственно перед скачкам и переводящий отдельные отрезки изменения разностной частоты между последовательными скачками в непрерывный ряд изменения измеряемого угла поворота.

Точность измерения оптической длины резонатора интерферометра с генеродинированием частот с трехзеркальным резонатором составляет 10 " м (10 з А), что превышает точность прототипа. Однако и это не предел для интерферометров с гетеродинированием частот. Известен интерферометр с гетеродинированием частоты, чувствительность которого ограничивается фотонными шумами и составляет 10 м

{10 О Я)

Достижение высокой точности требует от интерферометра с гетеродинированием частот высокой стабильности геометрической длины резонаторов, что достигается исп дьзованием системы термостабилизации и креплений зеркал повышенной точности, а также высокоточной обработки оптически прозрачного диска 2 с переменным поперечным сечением, Использование датчика угла позволит повысить точность измерения угла поворота объекта эа счет выполнения преобразователя угла поворота в виде оптически прозрачного диска переменного поперечного сечения, а датчика выходного сигнала — в виде интерферометра с гетеродинированием частот, в состав пассивного резонатора лазера которого включен оптически прозрачный диск.

Формула изобретения

Датчик угла, содержащий преобразователь угла поворота в виде оптически прозрачного диска с переменным поперечным сечением, связываемого с объектом, датчик выходного сигнала и регистрирующий блок, отличающийся тем, что; с целью повышения точности, датчик выходного сигнала выполнен в виде лазерного интерферометра с гетеродинированием частот, в пассивный резонатор лазера которого включен оптически прозрачный диск преобразователя угла.

1837159 3

I

I !

1 !

I

1

1

Составитель Е, Глазкова

Техред М,Моргентал Корректор Я. Обручар едактор акаэ 2859 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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