Способ измерения разности углов поворота двух валов

Способ измерения разности углов поворота двух валов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союэ Севетскнх

Социалистических

Республик

<.">679787 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 2 607 7 4 (21) 20 52 G 60/1 8-2 8 с присоединением заявки М— (23) Приоритет— (51) М. Кл.2

G 01 В 11/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 531.715.. 1 (088.8) Опубликовано 1508.79 Бюллетень М З0

Дата опубликования описания 180879 (72) Авторы Н. Ф. Никитенко, А. Г. Гуйван, Т. A. Сычева, Б. Л. Арлов, H3O6pezeHHH В ° И Голованов, Н. Н. Кукса, 0. В. Титов и Н. A. Миронов (Особое конструкторское бюро средств автоматики

71) ВИтЕЛЬ и технической кибернетики при Новочеркасском политехническом институте (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ УГЛОВ ПОВОРОТА

ДВУХ ВАЛОВ

Изобретение относится к области измерения угловых величин оптикоэлектронными методами.

Известен способ измерения угловых перемещений (11, заключающийся в том, что получают непрерывно вращающиеся плоскости поляризации источника с помощью зеемановского расщепления частоты лазера. !

О

Недостатками этого способа являются сложность реалиэ ации, обусловленная необходимостью применения двухчастотного лазера, малая точность измерений и,нестабильность результата измерения.

Известен способ измерения разности углов поворота двух валов (21, заключающийся в том, что осуществляют поворот плоскости линейной поляризации излучения источника поляризованного света с помащью двух управляющих напряжений, одно из которых изменяется по синусоидалЬному закону, Разделяют пРостРанственно . излучение на два излучения и направляют их на анализаторы, которые соединяют с контролируемыми валами, осуществляют анализ этих излучений, преобразуют световую картину после анализаторов в электрические сигналы, регистрируют фаз овые сдвиги между ними по временному положению характерных точек электрических сигналов и по величине этих фазовых сдвигов судят о разности углов поворота валов.

Недостатками этого способа являются низкая точность и стабильность измерений, вследствие необходимости высокоточной стабилизации амплитуд и 90-градусного сдвига по фазе между управляющими напряжениями, а также зависимости результата регистрации фазовых сдвигов от изменения интенсивности источника излучения н других дестабилизирующих факторов; сложность реализации из-эа необходимости введения дополнительного оптического модулятора, управляемого косинусоидальным напряжением.

Цель изобретения — повышение точности измерения, стабильности показаний и упрощение реализации.

Это достигается тем, что в качестве второго управляющего напряжения используют напряжение, изменяющееся по линейному пилообразному закону с фиксированной крутизной и амплитудой развертки, обеспечивающей поворот плоскости поляризации на угол

6 79 787 не меньший 180, а в качестве харак о терных точек электрических сигналов ис поль з уют точк и, сост в ет ст вующи е точкам минимумов экстремальных характеристик пропускания анализаторов.

На фиг. 1 приведена схема устрой— ства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 — временные диаграммы сигналов устройства. устройство содержит источник 1 поляризованного света, модулятор 2 поляризации,i например, магнито- или электрооптического типа, генератор

3 модулирующих напряжений гармонических сигналов, генератор 4 линейной развертки по несимметричному пилообразному закону, полупрозрачное зеркало 5, анализатор 6, эакрепляемый на одном из контролируемых валов, зеркало 7, анализатор 8, закрепляемый на другом контролируемом валу, фотоприемники 9 и 10 и блок

11 регистрации временного интервала.

Способ заключается в следующем.

Линейно поляризованное излучение источника 1 поляризованного света пропускают через модулятор 2 поляризации, на который подают от генераторов 3 и 4 напряжения, одно из которых изменяется по синусоидальному . закону, а другое — по линейному пилообразному закону с фиксированной крутизной и амплитудой развертки, обеспечивающей поворот плоскости поляризации излучения источника 1 на угол, не меньший 180О.

Первым управляющим напряжением осуществляют гармоническую модуляцию угла с(. наклона плоскости линей— ной поляризации источника 1 излуче. ния. Одновременно, вторым управляющим напряжением осуществляют развертку угла Д. по несимметричному пилообразному закону.

Амлитуда развертки А„выбирается такой, чтобы обеспечить фиксирован— ную величину максимального угла развертки, не меньшей (равной или большей) 180 . В этом случае обеспечивается 180-градусный диапазон поляриэационного измерения разности углов поворота. В результате модуляции положение плоскости поляризации источника 1 определяется суммой составляющих:

Ам ((=д. жь. и = 1 - (1 и . м т м где A „„,Т вЂ” соответственно, амплитуда и период развертки угла; д.,H) — гармоническое управляющее напряжение.

Частота гармонической модуляции выбирается значительно большей (не менее, чем в 4-5 раз) частоты раз— вертки, а амплитуда напряжения гармонической модуляции Að„„, равной

5-10

4G

Излучение после модулятора 2 полу прозрачнымм зеркалом 5 раздел яют на два, одно из которых направляют на анализатор 6, а другое с помощью зеркала 7 — на анализатор 8.

Световые лучи после анализаторов направляют на фотоприемник 9 и 10, к оторые пре образ уют их в э чектрич ес- кие сигналы, пэступающие на вход бпока 11 регистрации временного интервала.

При этом угловое положение оси п.эопускания (или непропускания) каждого из анализаторов 6 и 8 определяется величиной угла Ч„(P ) поворота, соответствующего контролируемого вала ° Интенсивности прошедших через анализаторы 6 и 8 линейнополяриэованных излучений с изменяющимся по несимметричному пилообразному закону углом d.будут изменяться в пределах периода по синусоидальному закону (закону Малюса) . В точках И и

N интенсивности будут равны нулю.

Соответствующим образом будут изменяться и выходные напряжения U и () ф фотоприемников 9 и 10 соответственно. При этом фазы сигналов напряI жения U4, и 04, зависят от положения соответствующих анализ ат оров 6 и 8, т . е. углов поворота валов . Разность фаз ЧП этих сигналов будет пропорциональна разности углов (Ч4 — Ч ) поворота валов с учетом знака. Границы временного промежутка, соответствующего разности фаз Ч - 2 выделяются в электронном блоке 11- вначале грубо на частоте развертки (17а(. с помощью, например, амплитудного компаратора (на фиг. не показано) . Это позволяет выделить на экстремальных характеристиках пропускания анализаторов области минимумов, устранив неоднозначность в показаниях. Точная фиксация границ временного интервала 9< — Ч осуществляется путем выделЕния реперных точек m u и, т.е. точек минимумов на характе— ристике пропускания .

Выделение моментов времени, соответствующих точкам m и и, осуществляется на частоте И7П, гармонической составляющей с(.м() .

Первые гармоники выходных си гн алов каждого фотоприемника на частоте гармонической модуляции в точках m и и равны нулю. Выделяя нулевые реперные точки с помощью, например, синхронного детектора и нуль-органа в электронном блоке 11 и выбирая оптимальную величину индекса модуляции, можно обеспечить весьма высокую точность фиксации границ временного интервала Т (c погрешностью в едини— цы угловых секунд). При этом, точность фиксации Т и не зависит от из— менения амплитуд напряжеьи U и U, 1, (на фиг. 2 (7ф и Ц,ь показаны неравными), так как положение. точек m и и на врыв

679787 ь щих напряжений, одно из которых изменяется по синусоидальному закону, разделяют пространстненно излучение на два излучения и направляют их на анализаторы, которые соединяют с контролируемыми валами, осущестнля5 ют анализ этих излучений, преобразуют снетоную картину после анализаторов в электрические сигналы, регистрируют фаз оные сдвиги между ними по временному положению характерных то10 чек электрических сигналов и по величине этих фазовых сдвигов судят о разности углов поворота валов, о тличающийсятем,что,сцелью понышения точности измерения, стабильности показаний и упрощения реализации, в качестве нторого управляющего напряжения используют напряжение, изменяющееся по линейному пилообразному закону с фиксированной крутизной и амплитудой развертки, обеспечивающей поворот плоскости поляризации на угол, не меньший 180 о, а в качестве характерных точек электрических сигналов используют точки, соответствующие точкам минимумов экстремальных характеристик пропуска ния анализаторов.

Источники информ. ции, принятые во внимание при эк спе рти з е

1. Антометрия, 9 1, 1974, 30 с. 68, 2 . Патент С(.1А (с 3560094 кл. 356-117, 1965. менной оси не изменяется цаже при наличии дестабилизирующих фа кторов .

Измеряя интервал Тп (фиг. 2) счетно-импульсными методами, можно полу— чить результат измерения н цифровом виде .

Таким образом, введение операций изменения (развертки) плоскости поляризации по нелинейному пилообразному э акону с одновременной гармонической модуляцией, а также фиксация сдвига фаз по временному интервалу в точках минимумов экстремальных характеристик, ныделяемого с помощью обработки выходных фотоэлектрических сигналон на частоте гармонической модуляции и частоте развертки, позволяют обеспечить очень высокую точность и стабильность измере- . ния углов поворота. Способ может быть реализован в устройствах с любым и=точником поляризованного света, это приводит к значительному упрощению конструкции и уменьшению габаритов.

Формула изобретения фис. 1

Заказ 4774, 34

Подпи сн ее

ЦИИ И ПИ

Тираж 866 т„

Г фиг Я

Способ измерения разности углов поворота двух валов, заключающийся в том, что осуществляют поворот плоскости линейной поляризации излучения источника поляризованногоо света с помощью двух управляюФилиал ППП Пате т, r.Óæãîðîö, ул. П <> «тн.>ч, 4