Фотоэлектрический автоколлиматор

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (>708281 (б1) Дополнительное к авт. санд-sy (22) Заявлено 100877(21) 2514991/18-10 (51) (2 с присоединением заявки М (23) Приоритет

G 02 В 27/30

Государственный комитет

СССР о дел ам изобретений и открытий

ОпубликованоЮ5.0 1.80. Бюллетень Ио 1

*Дата опубликования описания 08.01.80 (53) УДК 5З5.8 (088.8) (72) Автор изобретения

И,N.Ïàñüêî (71) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АВТОКОЛЛИМАТОР

Изобретение относится к области

: измерительной техники, в частности к устройствам, обеспечивающим измерение углов поворота контролируемого объекта относительно базовых плоскостей, и может применяться в станкостроении, в строительстве, в геодезии, в судостроении для согласования монтируемых объектов. 10

Известно устройство для измерения углов йоворота вокруг оптической оси, содержащее излучатель, поляризатор, электропреобразовательный тракт, фотоприемник, анализатор, модулятор Фарадея (1).

Известно также устройство, содержащее задающий блок, включающий объектив, светоделитель, два излучателя, два поляризатора с неподвижными взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации, анализирующий блок, включающий анализатор, плоскость поляризации которого расположена под углом 45 к плоскости поляризации поляризаторов, фотоприемник, соединенный с злектропреобразовательным трактом, который соединен с генератором опорного напряже-, ния, Поляризаторы расположены перец излучателями. Излучатели запитываются в противофазе. Если световой поток, излучаемый излучателями, одинаков по величине и плоскость поляризации анализатора расположео на под углом 45 к плоскости поляризации поляризаторов,то с выхода фотоприемника будет сниматься постоянный световой поток.В случае поворота анализатора световой поток,поступаемый на фотоприемник из одного с излучателей,будет больший, чем с друго-, го (2).

С фотоприемника будет сниматься переменный сигнал, амплитуда которого пропорциональна углу поворота, а фаза, в зависимости от угла поворота, будет совпадать с фазой напряжения, питающего один из излучателей, Так как н этом устройстве имеется два излучателя, то любые изменения напряжения и температуры будут приводит к дрейфу нуля, то есть к уменьшению стабильности.

Кроме того, наличие в анализирующем блоке фотоприемника приводит к необходимости дополнительных устройств, что увеличивает габариты

708281 и вес анализирующего блока и снижает надежность устройства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ! устройство, содержащее излучатель, два поляриз атора, оптически св яз анных между собой через фазовый отражатель и светоделитель, и фотоэлектропреобразовательный блок (3), Недостатками этого устройства являются малые стабильность и точность измерений из-за небольшой амп-. литуды раскачки плоскости поляризации и дрейфа нуля в результате измерения температуры и параметров питания.

Целью изобретения является повыс шение стабильности и точности измерений, Это достигается тем, что в предлагаемом автоколлиматоре ось фазово- 20 го отражателя расположена под углом 45 к плоскости поляризации одо ного из поляризаторов, а второй поляризатор связан с дополнительно введенным вращателем плоскости поляри- 5 зации °

На чертеже представлена оптическая, схема описываемого устройства.

Устройство состоит из задающего блока 1, включающего объектив 2, светоделитель 3, излучатель 4, поляризатор 5, размещенный перед излуча-. телем, фотоприемник 6, поляризатор 7, размещенный перед фотоприемником, электропривод 8, приводящий во вращение поляризатор перед фотоприемником, генератор 9 опорного напряжения, диафрагму 10, анализирующего блока ll включающего отражательный элемент 12 и элемент 13 (пластина)

1/8 длины волны (для четвертьволно- 40 ного отражательного элемента) или элемент 1/4 длины волны (для полу-. волнового отражательного элемента)., электропреобразовательный тракт 14, электрически связанный с фотоприемником и генератором опорного напряжения, четвертьволновой элемент 15, четырехгранную усеченную пирамиду

lб, фотоприемники 17, оптически связанные с отражающими гранями 50 пир амиды.

Фиксаторами направления поворота вокруг оптической оси на анализирующем блоке 11 является оптическая ось элемента 13, а на задающем блоке — плоскость поляризации поляризатора 5, которые находятся под углом 45О друг к другу. С целью повышения чувствительности, элемент 13 может быть выполнен четвертьволновым, а в задающий блок 1 дополнительно 60 вводится четвертьнолновой элемент

15. Оптические оси этих элементов

-о о расположены под углом 45, 90 или параллельно. Световой поток от излу; чателя 4 задающего блока 1, пройдя, 65 диафрагму 10, поляризатор 5, поляризуется в определенном направлении.

Пройдя светоделитель 3, объектив

2,световой поток, попадает на анализирующий блок 11. Световой поток, пройдя элемент 13 1/8 длины волны, отражается от отражателя 12, снова проходит элемент 13 и попадает после прохождения объектива 2 и поляризатора 7 на фотоприемник 6.

Известно, что четвертьволновой элемент раскладывает поляризованную световую волну на два взаимно перпендикулярных направления колебаний ° Поэтому, если плоскость поляризации 5 будет находиться под углом о

45 к оси пластины 13, то пластина

13 разложит световой пучок на дне равные по амплитуде составляющие.

При вращении плоскости поляризации поляризатора 7 на фотоприемник б будет поступать постоянный световой сигнал. Если плоскость поляризации поляризатора 5 при развороте задающего блока расположится относительно оси пластины 13 под углом, большим

О или меньшим, чем 45, то амплитуда одного из двух взаимно перпендикулярных направлений колебаний световой волны будет больше. При вращении плоскости поляризации поляризатора на фотоприемник 6 будут поступать постоянный и переменный световые потоки, причем, в зависимости от напранления поворота, фаза переменного сигнала будет совпадать или отличаться на 180 по отношению к фазе опорного сигнала, выдаваемой генератором 9. В электропреобразовательном тракте 14 отфильтровывается переменный сигнал и сраннивается с опорным сигналом. Амплитуда сигнала характеризует величину угла, а знак направление вращения. В случае выполнения элемента 13 четвертьволновым вместе с отражательным элементом

12 образуется полуволновой отражатель. дополнительно в задающий блок 1 перед поляризатором 7 с возможностью вращения введен четвертьволновый элемент 15. Ось полуволнового отражателя расположена под yz лом 22,5, 45, 90 к плоскости поляризации неподвижного поляризатора. Оптическая ось четвертьволновой пластины расположена соответственно под углом 45, параллельно, под углом 90, под углом 45 к оптической оси полуволнового отражателя. Известно, что после прохождения поляризованного светового потока через полуволновой отражатель плоскость поляризации его будет занимать симметричное положение относительно оптической оси отражателя. Например, если оптическая ось полуволноного отражателя будет параллельна плоскости поляризации поляризатора 5 и под углом 45 к оптической оси элемен708281

Формула изобретения

/Я lf

Занаэ 8481/41

Подписное

Патент, л. Проектная, 4 та 15, то плоскость поляризации отраженных световых волн будет под углом

45 к оси элемента 15 и сигнал рассоглассования на выходе фотоприемника

6 будет отсутствовать. Если анализирующий блок развернется на некоторый угол сС, то плоскость поляризации световой волны займет симметричное положение относительно оптической оси полуволнового отражателя, а относительно четвертьволнового элемента

15 — под углом 45g2d., то есть под углом, в два раза больше, чем развернулся анализирующий блок. С выхода фотоприемника 6 будет поступать переменный сигнал рассогласования.

В остальном работа этого варианта устройства аналогична предыдущему.

Если перед излучателем или фотоприемником дополнительно ввести четырехгранную усеченную пирамиду 16 с фотоприемниками 17, то автоколлима- 20 тор дополнительно позволит измерять повороты анализирующего блока в плоскостях, параллельных оптической оси задающего блока. Усеченное основание пирамиды 16 размещено в фокальной 25 плоскости объектива 2, а фотоприемники 17 оптически связаны с отражающими гранями пирамиды. Если поверхность зеркала перпендикулярна оптической оси, то объектив 2 построит gg иэображение диафрагмы 10 в плоскости меньшего основания пирамиды 16. На два фотоприемника 17 будут поступать одинаковые световые потоки. Электропреобразовательный тракт 14 не будет выдавать сигнал рассогласования. В то же время часть светового потока будет проходить через усеченное основание пирамиды на фотоприемник

6, который бУдет одновременно преоб- 4О

3 разовывать сигналы, пропорциональные повороту анализирующего блока вокруг оптической оси. Если зеркало 12 установится не перпендикулярно оптической оси, то на один из фотоприемников

17 будет поступать больший световой поток7 который будет преобразовываться в сигнал рассогласования. Во всех вариантах устройства возможно устанавливать поляризатор 5 перед фотоприемником 6, а поляризатор 7 — перед излучателем 4.

Фотоэлектрический автоколлиматор, содержащий излучатель, два поляризатора, оптически связанных между собой через фазовый отражатель и светоделитель, и фотоэлектропреобразовательный блок, о т л и ча ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности и точности измерений, в нем ось фазового отражателя расположена под углом 45 к плоскости поляризации одного из поляризаторов, а второй поляризатоР связан с дополнительно введенным вращателем плоскости поляризации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Волкова Е.A. Поляриэационные измерения, Стандарт, 19 74, с.7 /.

2. Мусяков B.JI. и др. Оптикоэлектронное устройство для измерения скручивания. Журн. Приборостроение, Известия ВУЭов, 1976, М 8.

3, Патент США % 34 50 47 7, кл.356-117, опублик. 1969 (прототип) .