Устройство для измерения угловых и линейных перемещений

Устройство для измерения угловых и линейных перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е (!11 5I7782

Сщое Советских

Содиалист, .:.е.,Ilx

Реслубл к

ИЗО:, .зР ЕТт. "I Я

N АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б11 Дополнит(lb!IGe I(алт. !1д-Iló (22) Заявлено 11,! 1.73 (21) 1975892, 28 (51) М. Кл. G 01В 11!00

Ci 08С 9/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (23) Hpноритет

Оп.бликолано 15.06.76. Б10ллетень ¹ 22 (53) УпХ 531.712.55 (088.8) Дата опубликования описания 12.08.7б (72) Автор изобретения

А тл Г1а(71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ

И ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕ1ЦЕНИЙ

Изооретеиие Относится 1 Обл асти контрольно-измерительной техники, а именно к конструкции устройств для измерения угловых и линейных перемещений.

Известно устройство для измерения угловых и линейных перемещений, содержащее осветитель, задающий лимб с нанесенной на нем радиальной решеткой и связанный с системой грубого отсчета, aHaлоги п1ую комис.1сационную решетку, закрепленную lià якоре электромагнитного вибратора, фотоэлемент и блок преобразования сигналов 1).

Основным недостатком этого устройства является 11естабильность положения центра сканирования вибратора с укрепленной на нем решеткой и, как следстьч с этого, ие:;ь:сокая точность измерений.

Известно также устройство аналогичного назначения, содержащее осветитель, связанную с контролируемым объектом и системой грубого отсчета задающую решетку и связанHVIO C системой ТОчного OTCileTH I(OA!HeiiCBIIHOHHvI0 решетку. Реи1е1кн наложены др .г на др1 га с помощью проекцио11иой (оптической) системы (21. В качестве "-:;.,а1ощей решетки используют лимб с двумя рядами радиальных штрихов, сдвинутых относительчо дпуг друга, а в качестве комгеисационной- — второй лимб со спиральными штрихами.

Это устройство является иliибо Iee олизким из иззестиых устройс"в к описываемому устройству.

Недостаток известного устройства заключается в том, 1то изменение световых потоков в ветв:(х проекционной системы, например, за счет неравномерности освещения, либо за счет погреш,(остей лимба с компенсационной решеткой, приводит к значительным погрешностям измерений угловых или линейных перемещений.

В пред. IO>i(åíiiом устроистве компенсационная решетка выполнена поляризационно-интерференционной, содержащей последовательно установленные неподвижный поляризатор, составляющий угол 45 с плоскостью пропускания поляризатора двулучепреломляющий элемент с анизотропией, переменной в направлении движения задающей решетки, модулятор, составля:ощую угол 45 с оптическими

Осями,,с1.11 чеп,зелоъlляlощего элемента четвсртьзол:.oçóþ пластинку H вращающийся поляризатор. Такая конструкция позволяет повысить точность измерения HHHeIIHb!x и углоBLIx псремс1цеиий.

HH (11иг. 1 из0011ажена стр кто рная схема устройстга для угловых перемещений; на фиг.

2---.:å,la устр",éñòâà для;1змерения линейных перемещений.

Устройство содержит осветитель, состоящий

30 нз Ilñòî.и:IHH 1 слета, конденсора 2, диафраг517782

ä5

60 мы 3, объектива 4 и интерференционного фильтра 5, задающую решетку 6, выполненную, например, в виде радиальных непрозрачных штрихов, нанесенных на прозрачный лимб, и компенсационну.ю поляризационно-интерференционную решетку.

Компенсационная решетка содержит последовательно установленные неподвижный поляризатор 7, двулучепреломляющий элемент 8 с анизотропией, переменной в направлении движения задающей решетки 6, модулятор 9 состояния поляризации, четвертьволновую пластину 10 и вращающийся поляризатор 11.

Двулучепреломляющий элемент 8 ориентирован так, что его оптические оси составляют углы 45 с плоскостью пропускания поляризатора 7. Модулятор 9 подключен к генератору

12 переменного напряжения. Наведенные электрическим полем оси модулятора 9 совпадают с осями двулучепреломляющего элемента 8, Элемент 8 находится в фональной плоскости проекционной системы 13, с помощью которой изображение компенсационно-интерференционной решетки переносится В плоскость задающей решетки 6 таким обра îì,,что шаги штрихов задающей и компенсационной решетки равна между собой (уменьшение) .

Элементами следящей системы устройства являются фотоприемник 14, избирательный усилитель 15, настроенный на частоту генератора 12, фазовый детектор 16, электронный модулятор 17, усилитель мощности 18 и реверсивный двигатель 19. Задающая решетка

6 связана с контролируемым объектом и системой 20 грубого отсчета, а вращающийся поляризатор 11 связан с системой 21 точного отсчета. Для устранения влияния эксцентриситета лимба задающей решетки на точность измерения угловых перемещений компенсационная решетка одновременно проектируется на два диаметрально противоположных участка штрихов решетки 6, для чего на пути пучка установлен делитель 22 света и призмы

23 — 27.

Устройство работает следующим образом.

Сформированный осветителем параллельный монохроматический пучок света направляется на вращающийся поляризатор 11 и на его выходе становится плоскополяризованным с переменным азимутом плоскости поляризации. После прохождения четвертьволновой пластины 10 состояние поляризации пучка света изменится. При этом азимут преимущественной поляризации будет совпадать с направлением «быстрой» оси (n=45 ) и не будет зависеть от угла поворота О поляризатора 11, а разность фаз Л между обыкновенными и необыкновенными лучами будет находиться в линейной зависимости от угла поворота поляризатора 11 (Л=20). После прохождения пучка света с такой поляризацией через двулучепреломляющий элемент 8 и неподвижный поляризатор 7 в плоскости элемента 8

Образуются, например, вертикальные интер5

40 ференционные полосы, местоположение которы: линейно зашш;|т от гла поьорота поляр ... ора 1). Модул,|-.ор 9, Возбуждаясь генератором 12, создает дополнительный небольшой сдвиг фаз (порядка 0,05.2л радиан), что приводит к дополнительному небольшому смещению интепференционных полос компенсационной поляризационно-интерференционной решетки с частотой изменения напряжения генератора 12. Созданная таким образом поляризационно-интерференционная решетка проектируется IIB л:-|мб решетки 6 в двух диаметрально 1Трот1!Вополо|кных местах. После решетки 6 оба пучка с помощью призм 24, 25, 26

Од|!ОвремеппО воспри||има10тся фотоприемником 14.

Б согласова;шом положении, когда интерференционпые темные полосы находятся между штрихами решетки 6 в цепи фотоприемник|1 14 протекает минимальный ток, который не усиливается усилигелем 15 и двигатель 19 не вращается.

Прп перемещении решеток 6 согласованное положение решеток нарушается, в цепи фотоприемника 14 появляется сигнал, величина и фаза которОГО заВисят От Величинъ| и напраВлепия рассогласования в пределах шага решетки. Этот сш нал через блоки следящей системы поступает на двигатель 19, который доворачивает поляризатор 11 в согласованное положение. Системы отс;ета позволяют с большой точностью зафиксировать угол поворота поляризатора.

Благодаря тому, что между двулучепреломляющим элементом и задающей решеткой нет никаких механически подвижных элементов, а также из-за того, что в устройстве использован Высокоэффективный модуляционный метод при нахождении согласованного положения решеток, точностные характеристики данного устройства значительно выше, чем у аналогичных известных устройств.

Формула изобретения

Устройство для измерения угловых и линейных перемещений, содержащее осветитель, связанну|о с контролируемым объектом и системой грубого отсчета задающую и связанную с системой тонкого отсчета компенсационную решетки, наложенные друг на друга с помощью оптической системы, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерения линейшях и угловых перемещений, компенсационная решетка выполнена поляризац;|онно-интерференционной, содержащей посл сдозательно установленные неподвижный поляризатор, составляющий угол 45 с плоскостью пропускания поляризатора двулучегре, омля|ощии элемент с анизотропией, переменной в паправлениH движения задающей решеткп, модулятор, составляющую угол 45 с

oiiтическими Осями двулучепре aoiмля|o|цeгo элемента 1етвертьголнову|о пластинку и вращающийся поляризатор.

517782

1d 2ß

Составитель О, Строганов

Техред А. Камышникова

Корректор О. Тюрина

Редактор Н. Коган

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1796/7 Изд. № 1412 Тираж 864 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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