Оптико-электронный однокоординатный автоколлиматор

Оптико-электронный однокоординатный автоколлиматор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Оптико-электронный однокоординатный автоколлиматор может быть использован для прецизионных измерений в гравиметрии и навигационных устройствах, приборостроении. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия. Автоколлиматор содержит источник света, диафрагму с точечным отверстием, сканатор, объектив, зеркало на объекте измерений , фотоприе чики и электронный блок преобразования сигналов. Новым является выполнение сканатора в виде круглого двугранного клина с одинаковыми углами наклона граней к плоскому основанию. Оптическая ось объектива пересекает одну из половин диска. Два фотоприемника с входными окнами в виде узких полосок, расположенных под прямым углом друг к другу, размещены на диафрагме так, что биссектриса этого угла пересекается с осью вращения клина. 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 11/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ! !

"4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4868416/28 (22) 19.07.91 (46) 30,11.92. Бюл. N 44 (71) Научно-исследовательский институт прикладной математики и кибернетики при

Н ижегородском государствен ном ун иверситете им. Н.И. Лобачевского (72) Л.С. Привер (56) Авторское свидетельство СССР

N- 468089; кл. G 01 В 11/26, 1973.

Авторское свидетельство СССР

N 1073572, кл. G 01 В 11/26, 1988. (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ОДНОКООРДИНАТНЫЙ АВТОКОЛЛИМАТОР (57) Оптико-электронный однокоординатный автоколлиматор может быть использован для прецизионных измерений в

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для прецизионных измерений в гравиметрии и навигационных устройствах.

Известен фотоэлектрический автоколлиматор, содержащий осветитель, диафрагму с точечным отверстием и протяженные фотоприемники.

Недостатком тако о автоколлиматора является недостаточная точность и быстродействие, Наиболее близким устройством является фотоэлектрический автоколлиматор, который содержит оптически связанные осветитель, объектив, диафрагму с "точечным" отверстием и расположенные вокруг нс,о крестообразно четыре протяженные фотоприемника. Диафрагма помещена в фокальной плоскости объектива. Перед объек„„5U„„ 1778520 А 1 гравиметрии и навигационных устройствах, приборостроении. Цель изобретения — повышение точности и быстродействия. Автоколлиматор содержит источник света. диафрагму с "точечным" отверстием, сканатор, объектив, зеркало на объекте измерений, фотоприемники и электронный блок преобразования сигналов. Новым является выполнение сканатора в виде круглого дву-. гранного клина с одинаковыми углами на клона граней к плоскому основанию.

Оптическая ось объектива пересекает одну из половин диска. Два фотоприемника с входными окнами в виде узких полосок, расположенных под прямым углом друг к другу, размещены на диафрагме так, что биссектриса этого угла пересекается с осью вращения клина. 1 ил. тивом находится вращающийся оптический клин с приводом вращения. В оптический тракт входит также плоское зеркало на объекте измерений. С фотоприемником связан электронный блок обработки импульсных сигналов. содержащий усилители, компараторы, триггеры и фильтр нижних частот для выделения сигнала, пропорционального углу наклона зеркала, Пары фотоприемников, расположенных вдоль прямых линий "креста", соответствуют двум угловым координатам положения объекта.

K недостатком его относятся технологические трудности. связанные с балансировкой круглого оптического клина, для чего на него надевается неравнотолщинный металлический ободок. Остаточная динамическая несбалансированность не позволяет добиться высокой скорости его

1778520

10 (2) 15

n;1lllåíèÿ (свыше 200 Гц), что ограничивает

»,ест родействие датчика. Кроме того. вибраt þ пр» вращении снижают точнссть измерения прибора, На чертеже показана схема оптического тракта автоколлиматора.

В корпусе 1 находится диафрагма 2 с малым отверстием 3, освещаемым источником 4 света (светодиодом). Оптический клин

5, приводимый во вращение двигателем 6, расположен вблизи объектива 7, в фокальной плоскости которого находится диафрагма 2. Лучи света, прошедшие через клин 5 и объектив 7, отражаются от зеркала 8 на объекте измерений и образуют оптическое иэображение 9 отверстия диафрагмы.

Оптическая ось объектива пересекают одну иэ половин диска клина. Фотоприемники 9 в виде узких полосок расположены под углом 90 друг к другу. причем биссектриса этого угла пересекает ось вращения клина.

Отверстие диафрагмы 3 расположено в вершине угла 90, Устройство работает следующим образом.

Лучи от источника 4, пройдя через одну из половин клина 5 и отразившись от зеркала 8, образуют изображение 9, которое в результате вращения клина движется по траектории в виде полуокружности в одном направлении, так как с приходом второй половины клина в зону видимости объектива предыдущее движение повторяется. Это значит, что сканирование происходит с частотой, в два раза большей чем частота вращения клина. B течение каждого полупериода вращения световое пятно 9 дважды пересекает фотодиоды 10. В последних возникают импульсы с промежутком времени между ними г1. Остальные участки полуокружности (начальный и конечный) пятно 9 проходит эа суммарное вреТ мя г = — — г1 . Если tz = t>, то сигнал с выхода триггера имеет вид меандра. т,е. зеркало на объективе находится в нулевом положении. Если зеркало 8 наклонится так, что пятно 9 переместится по оси чувствительности Х, то интервалы П Ф t>, и в сигнале с фильтра нижних частот (после триггера) появится постоянная составляю.щая, пропорциональная наклону зеркала

8.

Выходной сигнал можно получить и в цифровом виде путем измерения интервалов г1 и а (или Т). Решая соответствующую геометрическую задачу, прлучим, что угол а наклона зеркала равен

a — V/2 а,) sin (— 7 — 1 ), (1) р Т 2 где а0 —. амплитуда сканирования (угловой радиус траектории сканирования).

Можно также доказать, что при а = 0 смещение светового пятна, т,е. полуокружности сканирования по оси, не оказывает влияния на длительности т1 и т2. В линейном приближении формула (1) примет вид а= — ла,(— — 05), 42 т1

2 Т72

Положительный эффект изобретения заключается в том, что введение в оптический тракт автоколлиматора клина с одинаковыми углами преломления каждой его половины дает технологический выигрыш, присущий симметричной конструкции, т.е, существенное упрощение балансировки, снижение вибраций, возможность увеличения скорости. вращения сканатора и удвоение частоты сканирования. Благодаря этим факторам уменьшаются вибрации и угловые биения оси вращения клина, что обеспечивает повышение точности автоколлиматора, а также увеличение быстродействия, ибо минимальное время измерения равно одному периоду сканирования, равному Т/2, Формула изобретения

Оптико-электронный однокоординатный автоколлиматор. содержащий источник света и оптически связанные точечную диафрагму, оптический клин с приводом. объектив, зеркало, предназначенное для скрепления с объектом, два протяженных фотоприемника, длина которых больше их ширины, расположенных в ходе лучей, отраженных от зеркала, на расстоянии от объектива, равном фокусному, и блок обработки сигналов в виде двух ветвей, каждая из которых включает усилитель, компаратор, вход которого связан с выходом усилителя, триггер. вход которого связан с выходом компаратора, и интегратор, вход которого подключен к выходу триггера, выходы фотоприемников связаны с входами блока обработки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, оптический клин выполнен в виде круглого диска с плоским основанием, обращенным к диафрагме, и с двумя плоскими наклонными гранями с противоположной стороны и с линией раздела, проходящей через центр диска, и установлен со смещением относительно оптической оси, а фотоприемники ориентированы под углом 90 друг к другу.

Составитель Н.Захаренко

Редактор А.Бер Техред М.Моргентал Корректор fl.Ãåðåøè

Заказ 4182 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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