Датчик линейных перемещений

Датчик линейных перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений объектов по двум координатам. Цель изобретения - повышение чувствительности датчика за счет увеличения величины полезного сигнала. Источник излучения через конденсатор 2 освещает параллельным пучком зону 6 пропускающей дифракционной решетки. Зона пропускающей решетки и отражательная двумерная дифракционная решетка, связываемая с контролируемым объектом, выполнены с периодической структурой в виде расположенных в шахматном порядке квадратных элементов с диагоналями, равными периоду структуры и направленными параллельно координатам контролируемых перемещений. В результате дифракции на элементах 14 зоны 6 решетки образуется набор дифракционных порядков, которые, отражаясь и дифрагируя на элементах 14 отражательной решетки, попадают на крестообразно расположенные группы 4 и 5 штрихов прозрачной пропускающей решетки 3. Штрихи в каждой из групп 4 и 5 ориентированы перпендикулярно штрихам другой группы и направлены по координатам контролируемых перемещений. С помощью собирающих линз 9-12 продифрагировавшее на штрихах групп 4 и 5 пропускающей решетки излучение фокусируется на светочувствительных площадках фотоприемников. Путем разворота оптического клина 7 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях добиваются сдвига фаз, равного φ/2, сигналов на выходах фотоприемников каждой из пар, установленных по направлениям измеряемых перемещений, затем по изменениям сигналов с фотоприемников судят о величине контролируемых перемещений. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (511 4 С 01 В 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4361570/25-28 (22) 11.01.88 (46) 30.08. 89. Вюл. №- 32 (71) Московский институт электронной техники (72) С.С.Геранькин, Е.А.Телеляев, А.В.Горьков, Г.В.Назаров и В ° В.Ануфриенко (53) 531.71:531.14(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1180685, кл. С 01 В 11/02, (54) ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений объектов по двум координатам. Цель изобретения — повышение чувствительSU 1504496 А 1

2 ности датчика за счет увеличения величины полезного сигнала, Источник излучения через конденсор 2 освещает параллельным пучком зону 6 пропускающей дифракционной решетки.

Зона 6 пропускающей решетки и отражательная двумерная дифракционная решетка, связываемая с контролируемым объектом, выполнены с периодической структурой в виде расположенных в шахматном порядке квадратных элементов с диагоналями, равными периоду структуры и направленными параллельно координатам контролируемых перемещений. В результате дифракции на элементах 14 зоны 6 решетки образуется набор дифракционных порядков, которые, отражаясь и дифрагируя

3 1504496 на элементам 14 отражательной решетки, попадают на крестообразно расположенные группы 4 и 5 штрихов прозрачной пропускающей решетки 3, Штрихи в каждой из групп 4 и 5 ориентированы перпендикулярно штрихам другой группы и направлены по координатам контролируемых перемещений.

С помощью собирающих линз 9-12 продифрагировавшее на штрихах групп 4 и 5 пропускающей решетки излучение фокусируется на светочувствительным площадкам фотоприемников. Путам раэI ворота оптического клина 7 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях добиваются сдвига фаз, равного Х/2, сигналов на выходах фотоприемников каждой из пар, установленных по направлениям измеряемых перемещений, затем по изменениям сигналов с фотоприемников судят о величине контро-. лируемых перемещений. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений объектов по двум координатам, Цель изобретения — повышение чувствительности датчика за счет увеличения величины полезного сигнала.

На фиг. 1 изображена оптическая схема датчика линейных перемещений; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. l на фиг. 3 — структура двумерных дифракционных решеток: а) прототипа, б) предложенного устройства.

Датчик линейных перемещений содержит источник 1 излучения и последовательно расположенные по хоцу излучения конденсор 2, установленную неподвижно пропускающую дифракцион- 35 ную решетку 3, выполненную с двумя крестообразно расположенными группами 4,5 штрихов, штрихи в группе ориентированы перпендикулярно штрихаМ другой группы, а зона 6 пересечения 40 штрихов оптически связана с конденсором 2, оптический клин 7, установленный так, что его главное сечение составляет угол 45 со штрихами решетки 3, отражательную двумерную дифракционную решетку 8, предназначенную для связи с контролируемым объектом, собирающие линзы 9-12 и фотоприемники 13, расположенные по одну сторону решетки 3 с источником 50

1 излучения и конденсором 2 и оптически связанные с крестообразно расположенными группами 4 и 5 штрихов.

Отражательная дифракционная решет- 55 ка 8 и эона 6 пропускающей дифракционной решетки 3 выполнены с периодической структурой в виде расположенных в шахматном порядке квадратных, элементов с диагоналями, равными периоду структуры и ориентированными параллельно штрихам групп 4 и 5 решетки 3, Датчик работает следующим образом.

Источник 1 излучения, находящийся в фокальной плоскости конденсора

2, освещает параллельным пучком зо- ну 6 пропускающей решетки 3. Штрихи групп 4 и 5 ориентированы перпендикулярно соответствующим направлениям измеряемых перемещений, Б результате дифракции света иа элементах 14 структуры зоны 6 пропускающей дифракционной решетки 3 образуется на-. бор дифракционных порядков, которые, отражаясь и дифрагируя на элементах

14 структуры дифракционной решетки

8, попадают на группы 4 и 5 штрихов прозрачной решетки 3. С помощью собирающих линз 9-12 прошедшее и дифрагировавшее на штрихах групп 4 и 5 решетки 3 излучение фокусируется на светочувствительных площадках фотоприемников 13.

Путем разворота оптического клина

7 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях добиваются сдвига фаэ, равного i /2, сигналов на выходах фотоприемников 13 каждой из пар, установленных по направлениям измерения перемещения.

Иэ фиг. 2 видно, что световой поток, попадающий на один из фотоприемников 13, состоит из суммы двух световых потоков, образованных в результате трех взаимодействий излучений от источника света 1 с дифракционными решетками.

Так,первый световой поток после первой дифракции на структуре зоны 6 проэТаким образом, выполнение структур пропускающей и отражательной двумерных дифракционных решеток из расположенных н шахматном порядке квадратных элементов, развернутых под углом 45 относительно направления измеряемых перемещений дает

B0sMoxH0cTb увеличить величину полезного оптического сигнала, подаваемого на фотоприемники, более чем в 4 раза, что повышает пороговую

5 150449 рачной решетки 3 идет в направлении нулевого порядка дифракции, после второй дифракции на структуре отражательной решетки 8 идет в направлении первого порядка дифракции, пос5 ле третьей дифракции на структуре групп 4 и 5 прозрачной решетки 3 идет в направлении первого порядка дифракции. 10

Второй световой поток после первой дифракции на структуре зоны 6 прозрачной решетки 3 идет в направлении первого порядка дифракции, после второй дифракции — в направлении минус первого порядка дифракции, после третьей дифракции — в направлении нулевого порядка дифракции.

Исходя иэ известных соотношений, описывающих нзаимодеÿñòBèå светового 20 излучения с периодической структурой, в соответствии с дифракцией

Фраунгофера, получено, что соотношение амплитуд изменения интенсивнос. тей световых потоков, попадающих 25 на фотоприемники 13, для данного устройства и прототипа превышаЕт

4:1.

6 6 световую чувствительность датчика линейных перемещений.

Формула изобретения

Датчик линейных перемещений, содержащий источник излучения и последовательно расположенные по ходу излучения конденсор, неподвижно установленную пропускающую дифракционную решетку, выполненную с двумя крестообразно расположенными группами штрихов, штрихи в группе ориентированы перпендикулярно штрихам другой группы, оптический клин, установленный так, что его главное сечение составляет угол 45 со штрихами пропускающей дифракционной решетки, отражательную двумерную дифракцион" ную решетку, предназначенную для связи с контролируемым объектом, собирающие линзы и фотоприемники, расположенные по одну сторону пропускающей дифракционной решетки, с источником излучения и конденсатором и оптически связанные с крестообразно расположенными группами штрихов, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности датчика, отражательная дифракционная решетка и часть пропускающей дифракционной решетки, оптически связанная с конденсором, выполнены с периодической структурой в виде расположенных в шахматном порядке квадратных элементов с диагоналями, равными периоду структуры, и ориентированными параллельно штрихам пропускающей дифракционной решетки.

1504496

Составитель С. Грачев

Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор М. П1ароши

Редактор А. Долинпч

Заказ 5240/41 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101