Фотоэлектрический автоколлимационный датчик крена

 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при стыковке космических кораблей и для измерения углов поворота. Фотоэлектрический автоколлимационный датчик крена содержит излучатель, марку, устанавливаемую в фокальной плоскости объектива, светоделитель, фотоприемное устройство с индикатором, размещенным на одном объекте, и помещаемый на другом отражатель в виде триппель-призмы, у которой один из трех двугранных углов отличен от прямого благодаря тому, что в соответствии с данным изобретением после марки в нем установлен поляризатор, например поляроид, и фазовая пластинка в четверть волны, которая своей оптической осью повернута на угол 45^o к плоскости максимального пропускания поляризатора, а на одной половине основания триппель-призмы по проекции ребра двугранного угла, отличного от прямого, жестко установлены первая пластинка в четверть волны, оптическая ось которой повернута относительно проекции этого ребра на угол 45^o, дополнительный поляризатор, например поляроид, плоскость максимального пропускания которого параллельна проекции того же ребра, и вторая пластинка в четверть волны, оптическая ось которой перпендикулярна оптической оси первой пластинки, а фотоприемное устройство выполнено в виде ячеек, расположенных по окружности со средним радиусом, равным произведению фокусного расстояния объектива на тангенс угла отклонения отраженного светового потока, выходы же ячеек соединены через счетчик порядкового номера ячейки, а также через блок сравнения с индикатором. Технический результат - однозначное измерение крена между объектами в пределах 360^o. 1 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при стыковке космических кораблей и для измерения углов поворота, например, телескопа.

Известны фотоэлектрические автоколлимационные датчики крена, содержащие излучатель, марку, устанавливаемую в фокальной плоскости объектива, светоделитель, фотоприемное устройство с индикатором, размещаемыми на одном объекте, и помещаемый на другом - отражатель в виде триппель-призмы, у которой один из трех двугранных углов отличен от прямого (а.с. 621958 (АДОЛЬФОВ Г.В. и др.), 30.08.78, G 01 C 9/02).

Эти устройства обладают тем недостатком, что в них невозможно однозначно измерить крен между объектами в пределах 360^o.

Технический результат предлагаемого устройства позволяет создать фотоэлектрический автоколлимационный датчик крена, исключающий этот недостаток.

Этот технический результат достигается в устройстве фотоэлектрический автоколлимационный датчик крена, содержащий излучатель, марку, устанавливаемую в фокальной плоскости объектива, светоделитель, фотоприемное устройство с индикатором, размещаемым на одном объекте, и помещаемый на другом - отражатель в виде триппель-призмы, у которой один из трех двугранных углов отличен от прямого, благодаря тому, что в соответствии с данным изобретением после марки в нем установлен поляризатор, например поляроид, и фазовая пластинка в четверть волны, которая своей оптической осью повернута на угол 45^o к плоскости максимального пропускания поляризатора, а на одной половине основания триппель-призмы, по проекции ребра двугранного угла, отличного от прямого, жестко установлены первая пластинка в четверть волны, оптическая ось которой повернута относительно проекции этого ребра на угол 45^o, дополнительный поляризатор, например поляроид, плоскость максимального пропускания которого параллельна проекции того же ребра, и вторая пластинка в четверть волны, оптическая ось которой перпендикулярна оптической оси первой пластинки, а фотоприемное устройство выполнено в виде линейки ячеек, расположенных по окружности со средним радиусом, равным произведению фокусного расстояния объектива на тангенс угла отклонения отраженного светового потока, выходы же ячеек соединены через счетчик порядкового номера ячейки, а также с блоком сравнения, с индикатором.

На чертеже показано устройство фотоэлектрического автоколлимационного датчика крена.

Фотоэлектрический автоколлимационный датчик крена содержит излучатель 1, марку 2, поляризатор 3, фазовую пластинку в четверть волны 4, светоделитель 5, объектив 6, фотоприемное устройство 7, установленное в фокальной плоскости объектива, помещенные на объекте 8. На другом объекте 9 расположены триппель-призма 10 с установленной на половине ее основания 11 первой пластинкой в четверть волны 12, дополнительным поляризатором и второй пластинкой в четверть волны 14. У триппель-призмы один из трех двугранных углов 15 выполнен с отличием от прямого. Выход фотоприемного устройства соединен со счетчиком порядкового номера ячейки 16 последовательно зарядной связи 17 и с блоком сравнения 18, подключенными к индикатору 19.

Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом.

Световой поток излучателя 1 проходит марку 2, поляризатор 3, фазовую пластинку в четверть волны 4 и, отразившись от полупрозрачного покрытия светоделителя 5, формируется объективом 6 в параллельный циркулярно-поляризованный световой поток. Этот поток попадает на две половины триппель-призмы 10, причем поток, падающий на вторую пластинку в четверть волны 14 и дополнительный поляризатор 13, проходит их, например, без потерь. В то же время световой поток, падающий на вторую половину основания 11 триппель-призмы, и, отразившись от нее, в этом случае, преобразуется первой пластинкой в четверть волны 12 в поток, плоскополяризованный и перпендикулярный к плоскости максимального пропускания поляризатора 13, практически полностью гасится. Поток, падающий на пластинку 12, в виду того, что у триппель-призмы один из трех двугранных углов 15 изготовлен с отличием от прямого, отклоняется от падающего на угол β и образует в плоскости, сопряженной с фокальной плоскостью объектива, на фотоприемном устройстве 7 только одно автоколлимационное изображение марки 2 на расстоянии R_сp (от центра), равном произведению фокусного расстояния объектива 6 на тангенс угла β. При повороте объекта 9, а следовательно, и триппель-призмы на угол крена изображение марки 20 перемещается по радиусу R_сp линейки из ячеек 17, по своей конструкции и принципу работы похожих на линейку видеокона, применяемую в телевизионных системах, с той лишь разницей, что ячейки расположены не по прямой, а по окружности. На вход линейки подается одинарный код с количеством импульсов, равным количеству ячеек. С выхода линейки снимается сигнал только с тех ячеек, на которых лежит автоколлимационное изображение марки, причем амплитуда сигнала ячейки пропорциональна падающему потоку излучения. В блоке сравнения 18 сигналы со смежных ячеек вычитаются, а разность этих сигналов, а также сигнал со счетчика порядкового номера ячеек 16 поступают в индикатор 19 крена между объектами.

Таким образом, предлагаемое устройство при значительных отклонениях остальных параметров стыковки позволяет однозначно в пределах 360^o измерить крен между объектами. Возможна даже стыковка объектов при некоторой скорости вращения по крену объекта 9. Датчик может быть расположен на значительном расстоянии от продольной геометрической оси объектов 8 и 9. Предлагаемый датчик в нулевом положении с дистанции 200-300 м позволяет измерить крен между объектами с любой точностью.

Формула изобретения

Фотоэлектрический автоколлимационный датчик крена, содержащий излучатель, марку, устанавливаемую в фокальной плоскости объектива, светоделитель, фотоприемное устройство с индикатором, размещаемым на одном объекте, и помещаемый на другом отражатель в виде триппель-призмы, у которой один из трех двугранных углов отличен от прямого, отличающийся тем, что после марки в нем установлен поляризатор, например поляроид, и фазовая пластинка в четверть волны, которая своей оптической осью повернута на угол 45^o к плоскости максимального пропускания поляризатора, а на одной половине основания триппель-призмы по проекции ребра двугранного угла, отличного от прямого, жестко установлены первая пластинка в четверть волны, оптическая ось которой повернута относительно проекции этого ребра на угол 45^o, дополнительный поляризатор, например поляроид, плоскость максимального пропускания которого параллельна проекции того же ребра, и вторая пластинка в четверть волны, оптическая ось которой перпендикулярна оптической оси первой пластинки, а фотоприемное устройство выполнено в виде линейки ячеек, расположенных по окружности со средним радиусом, равным произведению фокусного расстояния объектива на тангенс угла отклонения отраженного светового потока, выходы же ячеек соединены через счетчик порядкового номера ячейки, а также через блок сравнения с индикатором.

РИСУНКИ

Рисунок 1