Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Ä) 652593

Союз Советских

Социалистических

Республик

Г, 7 Б (сс„; ; I" (61) Дополнительное к авт. свнд-ву(22) Заявлено03.12.76 (21) 2425523/18-24 с присоединением заявки №(23) Приоритет

Опубликовано15.03.79.Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 18.03.79 (51) М. Кл.

Су 08 С 9/06

Гвсударствеииь! и комитет

СССР

II0 делам изюбрвтвиий и сткрытий (53) УДК 681.325 (088. 8) (72) Автор изобретения

И. М. Пасько (71) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам, обеспечивающим измерение углов поворота выходных валов, и может применяться в станкостроении, в геодезических и гироскопических приборах.

Известно устройство, позволяюшее производить измерение углов поворота относительно оптической оси. Это устройство состоит из излучателя, поляризатора, анализатора, фотоприемника и электропреобразовательного тракта. При повороте анализатора относительно поляризатора с выхода электропреобразовательного тракта появляется сигнал рассогласования, амплитуда которого характеризует угол поворота.

Величина угла поворота в этом устройстве определяется по амплитуде сигнала, которая может меняться в широком диапазоне, что не обеспечивает высокой точности контроля (1), Наиболее близким к изобретению техническим решением является фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий статор, ротор, выполненный из нескольких кодирующих дисков, жестко соединенных с входным валом, излучатель и анализатор, соединенный через

2 фотоприемник с фазометром, один из выходов которого подключен к измерителю (2). Этот известный преобразователь не имеет также высокой точности.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя при уменьшении

его габаритов. В описываемом преобразователе это достигается тем, что в него введены поляризатор, вращатель плоскости поляризации, биклин и полуволновая пластина, кодируюшие диски ротора выполнены из полуволновых пластин, оптические оси которых параллельны между собой, статор выполнен из набора жестко соединенных между собой полуволновых пластин, между которыми размещены полуволновые пластины ротора, средние пластины статора выполнены прозрачными, а крайние — отражающими с отверстиями, одни из которых расположены против анализаторов, другие — против излучателя, который оптически соединен через последовательно расположенные поляризатор, врашатель плоскости поляризатора и биклин с полуволновыми пластинами ротора непосредственно и через полуволновую пластину, другой выход фазометра

652593 соединен с вращателем плоскости поляризатора.

На фиг. 1 схематически изображен описываемый преобразователь; на фиг. 2 положение плоскости поляризации после прохождения трех полуволновых пластинок; на фиг. 3 — положение плоскости поляризации после прохождения полуволновой пластины перед одной из граней биклина и трех полуволновых пластин.

Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код содержит излучатель 1, поляризатор 2; вращатель (колебатель) плоскости поляризации 3, биклин 4, полуволновую пластину 5, расположенную возле одной из граней биклина, кодирующие диски 6 ротора, выполненные из полуволновых пластин, жестко закрепленных на валу 7, статор, выполненный из набора жестко соединенных между собой с помощью корпуса 8 полуволновых пластин, из которых средние пластины 9 — прозрачны, а крайние пластины 10 и 11 — отражающие, при этом в одной из отражающих пластин имеются два отверстия 12 по краям, а в другой— отверстие 13 в центре, анализаторы 14 в виде поляризационных элементов, расположенных напротив отверстий по краю, фотоприемники 15, расположенные возле анализаторов фазометр 16, выполняющий функцию электропреобразовательного тракта. На фиг. 2 и 3 обозначены: 17 — мгновенное положение плоскости поляризации световой волны, после биклина; 18 — положение оптической оси полуво.кновой пластины ротора; 19 — положение оптической оси полуволновой пластины статора; 20 — положение оптической оси второй полуволновой пластины ротора; 21 — положение плоскости поляризации световой волны, после прохождения первой полуволновой пластины ротора; 22 — положение плоскости поляризации световой волны, после прохождения полуволновой пластины статора; 23 — положение второй полуволновой пластины ротора; 24 — мгновенное положение плоскости поляризации световой волны, после полу-, волновой п.пастины, расположенной возле одной из граней биклина; 25 — положение оптической оси полуволновой пластины ротора; 26 — положение оптической оси полуволновой пластины статора; 27 — положение оптической оси второй полуволновой пластины ротора; 28 — положение плоскости поляризации световой волны, после первой полуволновой пластины ротора; 29— положение плоскости поляризации световой волны, после полуволновой пластины статора; 30 — — положение плоскости поляризации световой волны, после второй полуволновой пластины ротора.

Плоскости поляризации поляризатора и анализатора — параллельны, перпендикулярны или расположены под углом 45 одна к

10 другой. Оптические оси полуволновых пластин ротора и статора — параллельны между собой. Пластины ротора и статора установлены поочередно. Биклин 4 предназначен для де5 ления светового пучка излучателя пополам так, чтобы была оптическая связь между излучателем и фотоприемниками 15 через отражательные полуволновые пластины. Для примера взята одна прозрачная полуволновая пластина 9 статора и две полуволновых пластины б ротора, хотя количество их может быть любое. Вращатель плоскости поляризации предназначен для вращения или колебания плоскости поляризации. Он конструктивно может быть выполнен в виде

15 вращающегося поляроида, электрооптического кристалла или нескольких кристаллов с четвертьволновой пластиной, ячейки Керра, модулятора Фарадея.

Световой пучок от излучателя 1, пройдя поляризатор 2, поляризуется в определенном направлении.

Вращатель плоскости поляризации 3 вращает или колеблет направления поляризации световой волны.

Далее световой пучок делится на две

25 части. Одна часть попадает, после прохождения отверстия 13, на первую полуволновую пластину ротора б. Вторая часть — на полуволновую пластину, укрепленную на статоре, после прохождения которой и отверстия 13 попадает также на полуволновую пластину ротора 6 симметрично первой. Далее световые пучки проходят полуволновые пластины 9 статора, затем ротора 6 и попадают на отражательную пластину 10. Отразившись от отражательной пластины 10, 35 световые пучки, после прохо>кдения полуволновых пластин 6 и 9, попадают на отражательную пластину 11. Отразившись от нее и пройдя полуволновые пластины 6 и 9, они попадают на анализаторы 14 и фотоприемники 15 через отверстия 12.

Известно, что полуволновая пластина имеет свойство поворачивать плоскость поляризации световой волны на угол, равный двойному углу между плоскбстью поляризации падающей световой волны и оптической

45 осью полуволновой пластины. Поэтому, если ротор разворачивается на угол а от своего нулевого положения (между оптическими осями ротора и статора угол а), а вращатель плоскости поляризации разворачивает плоскость поляризации световой волны на

50 угол р, то после прохождения первои роторной полуволновой пластины 6 плоскость поляризации занимает положение 21 под углом ф+а относительно оптической оси (см. фиг. 2). После прохождения статорной полую волновой пластины 9 она занимает положение 22 под углом ф+2а относительно оптической оси. При прохождении второй полуволновой пластины 6 ротора — занимает положение 23 под углом ф +За. При и про652593 хождениях световая волна разворачивается на угол р + (и+1)а, т. е. попадет на анализатор под углом ф+(и+1)а относительно своего нулевого положения. В то же время плоскость поляризации световой волны второго пучка поворачивается на угол ф в противоположную сторону с помощью полуволновой пластины 5, т. е. вращается в противоположную сторону вращения плоскости поляризации световой волны первого пучка. После прохождения первой роторной полуволновой пластины 6 плоскость поляризации занимает положение 28 под углом а — P к оптической оси пластины 6, после прохождения полуволновой пластины 9 — положение 29 под углом 2и — P к оптической оси, а после прохождения второй пластины ротора 6 — положение 30 к оптической оси полуволновой пластины.

При и прохождениях световая волна попадает на анализатор, развернутый под углом (и+1)а — р относительно своего нулевого положения. Световые пучки, пройдя анализаторы, попадают на фотоприемники, вызывая в них фототок I, изменяющийся в соответствии с законом Малюса по зависимостям

I =icos (Ptp (и+1)а), I = icos2 (Pt — (n+ I)e), где i — амплитуда тока;

t — текущее время.

Эти сигналы поступают на цифровой фазометр, который определяет разность фаз между двумя сигналами, пропорциональную углу поворота ротора. Если угол поворота ротора отсутствует (а =О), то разность фаз равна нулю. Если ротор разворачивается на угол а, фазы двух сигналов сдвигаются на угол 2 (h+1)a, т. е. в 2 (h+1) раза больше.

Следовательно, точность определения угла повышается за счет того, что при повороте вала ротора на малый угол разность фаз между выходными сигналами становится в 2 (h+1) раз больше. Применение фазового способа измерения исключает влияние на точность измерения амплитуды светового потока, выходных сигналов и чувствительности приемников. Нестабильность и искажения, вносимые вращателем плоскости поляризации, также не оказывают влия5 ния на точность измерения, потому что эти искажения влияют одинаково на два световых пучка, т. е. не приводят к сдвигу фаз между двумя сигналами.

1О

Формула изобретения

Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий статор, ротор, выполненный из нескольких коди15 рующих дисков, жестко соединенных с вход- ным валом, излучатель и анализатор, соединенный через фотоприемник с фазометром, один из выходов которого подключен к излучателю, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения габаритов преобразователя, в него введены поляризатор, вращатель плоскости поляризации, биклин и полуволновая пластина, кодирующие диски ротора выполнены из полуволновых пластин, оптические оси которых

25 параллельны между собой, статор выполнен из набора жестко соединенных между собой полуволновых пластин, между которыми размещены полуволновые пластины ротора, пластины статора выполнены прозрачными, 30 а крайние — отражающими с отверстиями, одни из которых расположены против анализаторов, другие — против излучателя, который оптически соединен через последовательно расположенные поляризатор, вращатель плоскости поляризатора и биклин

35 с полуволновыми пластинами ротора непосредственно и через полуволновую пластину, другой выход фазометра соединен с вращателем плоскости поляризатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Волкова Е. А. Поляризационные измерения, стандарт, 1974, с. 77.

2. Авторское свидетельство СССР № 314192, кл. G 05 В 1940, 1969.

652593

I Z У Ф 1S

b /l fS фиа 1 ,иу.мА /7 ф,г

Zu- б

//ул« Ры т лам е фига

Составитсль И. Назаркина

Редактор . !. Т орина Тсхрсд О. Луговая Корректор В. Куприянов

Вакэз 1065, 48 Тираж 709 . Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4