Устройство для измерения изменения угловой координаты объекта в плоскости



Устройство для измерения изменения угловой координаты объекта в плоскости
Устройство для измерения изменения угловой координаты объекта в плоскости
Устройство для измерения изменения угловой координаты объекта в плоскости
Устройство для измерения изменения угловой координаты объекта в плоскости

 


Владельцы патента RU 2599912:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК) (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения изменения углового положения удаленных объектов. Заявлено устройство для определения измерения изменения угловой координаты объекта в плоскости содержит точечный источник излучения, связываемый с контролируемым объектом, установленный по ходу излучения приемный блок, включающий в себя два плоских зеркала, расположенных на одинаковом расстоянии от источника, разнесенных в плоскости контроля и ориентированных так, что их нормали лежат в плоскости контроля и образуют углы 45° с направлением на источник. При этом отражающие поверхности зеркал обращены одна к другой. Для обеспечения устранения неоднозначности отсчета используются две рабочие зоны каждого из входных зеркал, выбранные таким образом, что расстояния между соответствующими осевыми лучами пучков, падающих на эти зоны, относятся друг к другу как иррациональное число. Приемный блок может быть выполнен в виде склейки двух призм с нанесенными на ее грани отражающими и светоделительными поверхностями в соответствии с аналогичными поверхностями исходного устройства. Технический результат - уменьшение габаритов, массы и себестоимости прибора и упрощение схемы устройства. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения изменения углового положения удаленных объектов.

Известно устройство «Звездный интерферометр Майкельсона», сущность которого заключается в установке его с возможностью поворота вокруг оси, направленной на объект и выполненной в трехканальном варианте, каждый из которых включает отклоняющие зеркала, фокусирующую систему, измеритель контраста и общее регистрирующее устройство. [Патент РФ №2103662, M. Кл. G01B 11/26, 9/02 от 11.11.1996 г.]

Недостатком данного устройства являются большие габариты и сложность исполнения приборной схемы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для определения изменения угловой координаты объекта в плоскости», включающее точечный источник излучения, два входных плоских зеркала, два интерференционных смесителя и блок регистрации интерференционной картины. [А.С. СССР №1290063, М. Кл. G01B 11/26 от 31.10.1984 г. (прототип).]

Недостатками данного устройства являются также большие габариты и вес устройства.

Целью изобретения является упрощение схемы устройства, уменьшение габаритов, массы и себестоимости прибора.

Указанная цель достигается за счет применения четырех отражающих поверхностей, использующихся обоими каналами устройства. То есть для каждого канала используется своя отдельная часть (зона) общего приемного блока.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан геометрический ход лучей в приемном блоке; на фиг. 2 показаны геометрические параметры приемной системы, на фиг. 3 показан приемный блок, выполненный в виде склейки двух призм.

Устройство содержит два входных плоских зеркала -1 и -2, светоделительную поверхность -3 и контрзеркало -4. Осевые лучи пучков излучения, испускаемых точечным источником, обозначены позициями -5, -6, -7 и -8, а осевые лучи проинтерферировавших пучков обозначены позициями -9 и -10.

Приемные поверхности зеркал -1, -2 размером поверхности равным -d2 (при минимальном размере приемной поверхности d2min, необходимом для обеспечения устранения неоднозначности отсчета расстояния между двумя базами D0 и D1 в проекции на плоскость приемного зеркала) и светоделительная поверхность -3 размером светоделительной поверхности равной d3 имеют одинаковые габариты. Нормали к этим поверхностям лежат в плоскости контроля, обращены к исследуемому объекту и образуют с направлением на объект угол 45°. Светоделительная поверхность -3 симметрична зеркалу -1 и составляет с ним прямой угол. При этом поверхность -3 параллельна зеркалу -2 и расстояние между ними составляет величину, равную их габаритному размеру. Расстояния между осевыми лучами пучков -5 и -6, -7 и -8 в плоскости измерения относятся друг к другу как иррациональное число. Контрзеркало -4 расположено параллельно плоскости измерения, нормаль к его зеркальной поверхности образует с направлением на исследуемый объект угол 180°. Габаритный размер контрзеркала -4 (D4) в раз меньше габаритного размера поверхности -3, так как контрзеркало -4 является проекцией светоделительной поверхности -3 на плоскость, параллельную плоскости измерения.

В связи с тем что в плоскости анализа образуются интерференционные полосы бесконечной ширины, то для получения линейной ширины полосы угол между зеркалом -1 и частично пропускающим зеркалом -3 выполняют отличным от 45° на величину φcx порядка 30′. Плоскости зеркал -1 и -2 образуют базу приема (расстояние между двумя базами D0 и D1 в проекции на плоскость приемного зеркала).

Устройство работает следующим образом.

Отправленный лазером когерентный пучок напрямую или после отражения от объекта возвращается в приемный блок, который состоит из четырех зеркал (-1,-2,-3,-4), два глухих зеркала (-1 и -2) образуют базу приема, а частично пропускающее (светоделительное) -3 и глухое зеркало -4 являются оптическим смесителем. Из-за смещения источника или поворота объекта (отражателя) возникает оптическая разность хода в двух ветвях каждого канала интерферометра: в ветвях, образованных пучками с осевыми лучами пучков -5 и -6, -7 и -8, соответственно. В результате взаимодействия этих пучков на выходе из системы зеркал появляются выходящие пучки с осевыми лучами -9 и -10, образующие две интерференционные картины с шагом полос, не кратным друг другу. По смещению интерференционных полос судят об изменении углового положения объекта. Устройством регистрации служит фотоприемное устройство, например веб-камера.

Излучение источника одновременно засвечивает приемные зеркала -1 и -2. Левая ветвь первого канала, ось которого обозначена как -5, отражаясь от левого зеркала -1, попадает на зеркальную поверхность -3, отражается от нее и попадает на контрзеркало -4, от которого также отражается, возвращается на светоделительную поверхность -3 и проходит через нее в направлении луча -9. Таким образом, в плоскость анализа попадает излучение одного из участков волнового фронта (для первого канала). Правая ветвь первого канала, ось которого обозначена как луч -6, отражаясь от правого зеркала -2, попадает на светоделительную поверхность -3 и отражается от нее в направлении луча -9. В результате в плоскость анализа попадает излучение второго участка волнового фронта. Сразу за частично пропускающим зеркалом -3 пучки первого канала, оси которых обозначены как пучки -5 и -6, взаимодействуют, образуя интерференционную картину. Положение интерференционных полос в этой картине зависит от положения источника относительно приемных зеркал -1 и -2. Если объект смещается от первоначального положения, то в плоскости анализа происходит перемещение интерференционных полос, которое фиксируют и получают информацию об изменении углового положения объекта.

Пучки второго канала, оси которых обозначены как -7 и -8, проходят систему аналогично пучкам первого канала и покидают систему в направлении луча -10. Таким образом, в плоскости анализа образуются и регистрируются две интерференционные картины. Угловая ширина интерференционных полос в каждой из картин определяется расстоянием между осевыми лучами пучков -5 и -6, -7 и -8 соответственно. Так как эти расстояния различны и относятся друг к другу как иррациональное число, то и угловая ширина интерференционных полос для каждой из картин имеет различные значения. Поэтому одному и тому же значению угловой координаты объекта относительно приемных зеркал соответствуют разные значения целой и дробной части интерференционных полос в каждом из каналов, что позволяет устранить неоднозначность интерференционных измерений. По значениям дробной части в каждом из каналов определяется также и целое число полос, и, следовательно, истинное значение угловой величины. Одному и тому же значению дробной части смещения интерференционной полосы одного из каналов соответствуют сразу несколько значений. Значение дробной части, измеренное по второму каналу, тоже дает неоднозначный отсчет. Совпадение происходит только при одном значении абсолютной величины в том случае, когда отношение расстояний между осевыми лучами пучков -5 и -6, -7 и -8 равно иррациональному числу, например квадратному корню из любого числа, не являющегося полным квадратом.

Для обеспечения жесткого взаимного расположения четырех зеркал -1, -2, -3, -4 приемный блок выполнен в виде склейки двух призм с нанесенными на ее грани отражающими и светоделительными поверхностями в соответствии с аналогичными поверхностями устройства для измерения изменения угловой координаты объекта в плоскости.

Геометрические параметры устройства для измерения изменения угловой координаты объекта в плоскости:

D0 - база приема первого канала;

D1 - база приема второго канала;

d2 - размер приемной поверхности зеркал -1 и -2;

d2min - минимальный размер приемной поверхности, необходимый для обеспечения устранения неоднозначности отсчета (расстояние между двумя базами D0 и D1 в проекции на плоскость приемного зеркала);

d3 - размер светоделительной поверхности -3;

D4 - размер контрзеркала -4;

А - проекция сечения пучка канала, необходимого для засветки чувствительной площадки приемника излучения.

1. Устройство для определения изменения угловой координаты объекта в плоскости, включающее блок регистрации интерференционной картины, точечный источник излучения, связанный с контролируемым объектом, установленный по ходу излучения приемный блок, включающий в себя два плоских зеркала, расположенных на одинаковом расстоянии от источника, разнесенных в плоскости контроля и ориентированных так, что нормали лежат в плоскости контроля и образуют углы близкие к 45° с направлением на источник, а отражающие поверхности обращены одна к другой, частично пропускающее зеркало, нормаль которого также лежит в плоскости контроля и образует с направлением на источник угол 45°, и контрзеркало, обращенное зеркальной поверхностью к плоскости измерения, отличающееся тем, что устройство имеет один оптический приемный блок, в котором используются две рабочие зоны каждого из входных зеркал, выбранные таким образом, что расстояние между соответствующими осевыми лучами пучков, падающих на эти зоны, относятся друг к другу как иррациональное число.

2. Устройство для определения изменения угловой координаты объекта в плоскости, включающее точечный источник излучения, связанный с контролируемым объектом, установленный по ходу излучения приемный блок, выполненный в виде склейки прямоугольной и ромбоидальной призм с нанесенными на их грани отражающими и светоделительными покрытиями, и блок регистрации интерференционной картины, отличающееся тем, что устройство состоит из одного оптического приемного блока, в котором используются две рабочие зоны каждой из входных отражающих поверхностей, выбранные таким образом, что расстояния между соответствующими осевыми лучами пучков, падающих на эти зоны, относятся друг к другу как иррациональное число.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, к устройствам для задания и измерения углов ориентации изделий приборостроения при их изготовлении и контроле, и может быть использовано в любой другой области при необходимости точного задания и измерения углов.

Способ определения погрешности геодезических приборов за неправильность формы цапф и боковое гнутие зрительной трубы включает закрепление на объективном конце зрительной трубы исследуемого прибора отражающего зеркала под углом 45° к визирной оси, размещение на продолжении горизонтальной оси вращения зрительной трубы исследуемого прибора марки.

Способ центрирования подвижных оптических элементов панкратической оптической системы методом проточки диаметра и подрезки посадочной плоскости каретки для оптических элементов проводят в два этапа.

Изобретение относится к устройствам для измерения углового положения. Заявленный видеоавтоколлимационный угломер для измерения взаимного углового положения автоколлимационных зеркал содержит видеодатчик, расположенный перед объективом и выполненный по схеме видеоавтоколлиматора.

Видеоустройство для передачи заданного направления с одного горизонта на другой содержит установленные на одном горизонте узел с объективом и фотоприемником и узел с призмой типа БР-180, установленный на другом горизонте.

Способ измерения перемещений заключается в формировании на поверхности квадрантного фотоприемника двух световых потоков, преобразовании оптических сигналов в электрические и определении координат оптических сигналов по электрическим.
Устройство состоит из измерительной рамки с цифровыми, угловыми и линейными значениями, лазерного прибора, который проецирует на нее крестообразный лазерный луч, держателей, которые удерживают лазерный прибор и измерительную рамку на соответствующем колесе, поворотных подставок для свободного поворота и скольжения регулируемых колес и блокиратора руля, который удерживает руль в неподвижном положении.

Изобретение относится к области измерительной техник и может быть использовано в углоизмерительных устройствах. Датчик угла поворота содержит осветитель с маской, измерительный блок, включающий многоплощадочное фотоприемное устройство (МФПУ), оптически сопряженное с маской, и светоделитель, расположенный между объективом и МФПУ.

Изобретение относится к оптическому стенду измерения горизонтального угла. Система содержит автоколлиматор, оптически связанный с базовым отражателем, и контролируемые элементы с зеркальными поверхностями, которые оптически связаны с пентагональными отражателями.

Изобретение относится к устройству для контроля погрешности преобразования угла поворота вала в код. Устройство содержит образцовый преобразователь поворота вала в код, блок сопряжения контролируемого и образцового преобразователей, состоящий из узла жесткого соединения валов образцового и контролируемого преобразователей, узла для ограничения поворота корпуса контролируемого или образцового преобразователей с установленным на нем автоколлимационным зеркалом, угловое положение которого измеряется цифровым автоколлиматором.
Устройство повторной установки для установки и повторной установки первого объекта относительно второго объекта содержит по меньшей мере один источник света и источник питания. Источник света предназначен для создания по меньшей мере двух лучей света, где каждый луч света способен задавать точку местоположения луча на втором объекте. По меньшей мере один источник света функционально соединен с первым объектом. Источник питания функционально соединен с по меньшей мере одним источником света. Устройство повторной установки также содержит средство для задания точки местоположения луча. Также раскрывается способ установки и повторной установки первого объекта относительно второго объекта. Технический результат заключается в обеспечении возможности повторной установки одного объекта по отношению к другому в заданное место. 3 н. и 68 з.п. ф-лы, 26 ил.
Наверх