Устройство для измерения угла поворотаоб'ектов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИ ИТЕЛЬСТВУ.

Союз Советскик

Соцналистическив

Республик

< >815489 ф ч

А

l г

1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12 ° 01. 77 (21) 2442441/18-28 (5!)М. Кл.

G 01 В 11/26 с присоединением заявкм Но

Государствеиинй комитет

СССР оо делам изобретеиий и открытий (23) Приоритет (53) УДК 531 ° 71.7 (088.8) Опубликовано230381. Бюллетень Н9 11

Дата опубликования описания 250381

Мухамедяров, Н. С. здоров, Ю. А. Ковязин, В. А. Новико и Б. В. шульгин ":, )-. (72) Авторы изобретения

j ..л .;

Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический . институт им. С. М. Кирова (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ПОВОРОТА ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных областях тех ники (в частности в турбостроении), где необходимо определение .ориентации одного объекта относительно другого, а также для дистанционной передачи углового положения и управления объектами относителЬно опорного задающего объекта.

Известно устройство для определе" ния угловой и линейной ориентации объекта, содержащее источник коллимированного поляризованного излучения, модулятор Фарадея, двулучепреломляющий поляризатор, установленный вместе с отражателем на контролируемом объекте, фотопрнемник с усилителем и фазовый детектор (1).

Известно также устройство измерения смещения, содержащее четыре вентильных фотоэлемента, на которые

° изображение подается через многоканальную.оптическую систему, содержащую четыре конических пучка из оптического волокна, имеющих квадратное сечение. Положение изображения по вертикали и горизонтали получается при помощи схем сложения и вычитания (2 ).

Однако указанные устройства не обладают достаточно высокой точностью измерения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения угла поворота объектов, содержащее оптически связанные лазерный модулированный из- лучатель, оптоэлектронный блок, выполненный в виде поляроида-анализатора и последовательно соединенных фотоприемника, усилителя несущей .частоты и линейного детектора, и вычислительный блок (3).

Однако тоЧность измерения углоЬ поворота с помощью этого устройства невысока, Она не сохраняется (уменьшается) при измерении интенсивности прийимаемого излучения и при наличии

2О линейных перемещений контролируемого объекта, поворота его в других плоскостях

Пель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено двумя дополнительными оптоэлектронными блоками, идентичными основному, плоскости поляризации дополнительных поляроидовЗО анализаторов смещены относительно

815489

20 0 0 Соз (d+

o)cos (ФоФ,+ P) со5 е, где U=U cos J.—

1и о плоскости поляризации основного поляроида-анализатора, а вычислительный блок выполнен в виде двух схем .суммирования, схемы вычитания, двух схем деления и схемы умножения, первый и второй входы схем суммирования и вычитания соединены с выходами дополнительных оптоэлектронных блоков, третий вход первой схемы суммирования и первый вход первой схемы деления соединены с выходом основного оптоэлектронного блока, выходы первой схемы суммирования и схемы вычитания соединены соответственно с первым и вторым входами второй схемы деления, выход второй схемы суммирования соединен со вторым входом первой схемы деления, выходы схем деления соедине ны со входами схем умножения, выход которой является выходом устройства.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. устройство для измерения угла поворота объектов содержит лазерный модулированный излучатель 1 и систему

2 управления плоскостью поляризации излучателя, устанавливаемые на эа- 25 дающем объекте, основной оптоэлектронный блок 3, выполненный в виде поляроида-анализатора 4 и последовательно соединенных фотоприемника 5, усилителя 6 несущей частоты и линейного детектора 7, два дополнительных оптоэлектронных блока 8 и 9, идентичных основному, включающие поляроидыанализаторы 10 и 11(поляроиды 4, 10, 11 устанавливаются на приемном объекте) и последовательно соединенные фотоприемники 12 и 13, усилители 14 и 15 несущей частоты и линейные детекторы 16 и 17. устройство содержит также вычислительный блок 18, выполненный в виде двух схем 19 и 20 сум 40 мирования, схемы 21 вычитания, двух схем 22 и 23 деления и схемы 24 умно жения; первый и второй входы схем 19 и 20 суммирования и схемы 21 вычитания соединены с выходами дополнитель д ных оптоэлектронных блоков 8 и 9(линейных детекторов 16 и 17), третин. вхОд первой схемы 19 суммирования и первый вход первой схемы 22 деления соединены с выходом основного оптоэлектронного блока 3 (линейного детектора 7), выходы первой схемы 19 суммирования и схемы 21 вычитания соединены соответственно с первым и вторым входами второй схемы 23 деления, выход второй схемы 20 суммирования соединен со вторым входом первой схемы 22 деления, выходы схем 22 и 23 деления соединены со входами схем 24 умножения, выход которой является выходом устройства. Щ

Плоскости поляризации дополнитель ных поляроидов-анализаторов 10 и 11,. ориентированы симметрично под раэлич. ными углами относительно плоскости поляризации основного поляроида бэ

4, плоскость поляризации которого в случае нулевого рассогласования совпадает с плоскостью поляризации излучателя-задающеro генератора 1.

После прохождения поляризованного модулированного во времени излучения через основной поляроид-анализатор 4 амплитуда сигнала на выходе фотоприемника меняетсч в зависимости от угла поворота контрольного объекта относительно задающего по следующему виду

U„=U CO5 d.CO5 (UD +iЧ)С,о56, а после прохождения через дополнительные поляроиды-анализаторы 10 и 11 и фотоприемники 12 и 13 соответственно

U2 U СО5 (с(. с о)СО5 (НоОф..Ф ) Со56 закон Малюса, углы сдвига плоскостей поляризации дополнительных поляроидов-анализаторов

10 и 11 относительно плоскости поляризации основного поляроида-анализатора 4, угол падения луча света на фотоприемники 5,12,13 с поляроидами-анализаторами 4,10,11, максимальные амплитуды сигналов на выходе фотоприемников 5, 1?, 13, частота модулированного во времени сигнала, фаза приходящего излучения я .

После линейного детектирования на детекторах 7, 16 и 17 сигналы поступают на первую схему 19 суммирования, а сигналы с двух крайних детекторов 16 и 17 поступают на схему

21 вычитания, сигнал с выхода которой делится(нормируется)на выходной сигнал первой схемы 19 суммирования с помощью первой схемы 22 деления, сигнал выхода которой умножается (схемой 24 умножения) на сигнал выхода со второй схемы 23 деления. Выходной сигнал со схемы 23 деления представляет собой частное от деления сигнала от линейного детектора 7 на сумму сигналов от двух крайних детекторов 16 и 17.

Сигнал на выходе схемы 24 умножения при равенстве максимальных амплитуд U „„=U < Н. „и выражается следующей функцией относительно

815489

Составитель A. Куликов

Тех едН.Баб ка Ко ектор Н.Бабинец

Ре акто О. Малец

Тираж 642 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Ра ская наб. д. 4 5

Заказ 1011/66

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 угла поворота контрольного объекта относительно задающего

u -™

2 ()ВЬiХ о оuU -u u .Î, (4+Со <)g n 2d. ЫИ 24 О

Ц+соз 2 CoS 1д о)(3+2Со52АЮ о+СОЗ2 ) Как видно н 3 выходной функции

0 (g go) величина сигнала от угла

ЭЫх рассогласования между контрольным объектом и .задающим)становится независимой от изменения амплитуд 0„,„ К приходящего сиганла в К раз (в пределах чувствительности фотодетекторов), если эти сигналы изменяются примерно одинаково, а также от углов падения излучения g на оптоэлектронный блок, что говорит о расширении области работы устройства при линейных перемещениях и поворотах объекта в других

20 плоскостях и позволяет получить, по сравнению с известным, ряд преимуществ в точности измерения и в расширении, области применения. Кроме того, предлагаемое устройство поз- 25 воляет увеличить диапазон измеряемых углов поворота с . Выбором угла сдвига с о от нескольких угловых минут до

90 можно варьировать крутизну и диапазон работы устройства в широком р спектре изменения угла а(.. Увеличение угла сдвига d o увеличивает крутизну ,выходной функции, но уменьшает диапазон измеряемых (регулируемых) углов поворота . Если включить приемную часть на контрольном объекте в контур слежения за плоскостью поляризации основного поляроида-анализатора 4 на задающем излучателе-генераторе 1 и управлять системой 2, то можно обеспечить дистанционное управление углами поворота в заданных плоскостях.

Формула изобретения

Устройство для измерения угла поворота объектов, содержащее оптически связанные лазерный модулированный излучатель, оптоэлектронный блок, выполненный в виде поляроида-анализатора и последовательно соединенных фотоприемника, усилителя несущей частоты и линейного детектора, и вычислительный блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения оно снабжено двумя цополнительными оптоэлектронными бло ами, идентичными основному, плоскости поляризации дополнительных поляроидов-анализаторов смещены относительно плоскости поляризации основного поляроида-анализатора, а вычислительный блок выполнен в виде двух схем суммирования, схемы вычитания, двух схем деления и схемы умножения, первый и второй входы схем суммирования и вычитания соединены с выходами дополнительных оптоэлектронных блоков, третий вход первой схемы суммирования и первый вход первой схемы деления соединены с выходом основного оптоэлектронного блока, выходы первой схемы суммирования и схемы вычитания соединены соответственно с первым и вторым входами второй схемы деления, выход второй схемы суммирования соединен со вторым входом первой схемы деления, выходы схем деления соединены со входами схемы умножения, выход которой является выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиз

1. Патент США Р 3427108, кл. G 01 В 11/26, 1969.

2. Патент Великобритании

9 1224063, кл. 61 М, 1969.

3. Заявка Японии 9 349-7173, кл. 106 F 4, 1969 (прототип ).