Способ автоматического измерения углов скручивания

Способ автоматического измерения углов скручивания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Е О Л

ИЗОБРЕТЕНИЯ

«» 682758

Союз Советских

Сопиапистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 28.12.76 (21) 2437670(18-28 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30,08.79. Бюллетень.% 32 (45) Дата опубликования описания 25.09.79 (51) M.Кл. G 01 В 19/00

1 осударствеиимй комитет

СССР (53) УДК 531.71 (088.8) ав делам извбретеиий и открытий (72) Автор изобретения (71) Заявитель

И. А. Корчин (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ

УГЛОВ СКРУЧИВАНИЯ

Предлагаемый способ относится к оптико-физическим методам измерения углов скручивания и может найти применение для создания углоизмерительных устройств и устройств передачи азимутальных направлений, используемых при строительстве и монтаже промышленных сооружений, в крупногабаритном машиностроении, авиастроении и другой технике.

Известен способ измерения угла скручивания, сущность которого заключается в том, что при скрещенном положении поляризатора и анализатора, установленных на деталях, скручивание которых измеряется, система поляризатор — анализатор не пропускает свет. При разворотах деталей относительно друг друга поляризационные элементы разворачиваются, и свет частично проходит через систему. Разворот анализатора вновь до скрещенного положения определяет угол скручивания.

Косинус-квадратная зависимость изменения светового потока от угла скручивания не позволяет получить высокой точности согласования поляризационных элементов, что обуславливает низкую точность способа.

Наиболее близким по своей сущности к изобретению является способ автоматического измерения углов скручивания, основанный на поляризационных свойствах волновой оптики, заключающийся в том, что поляризуют излучение, модулируют его по частоте, выделяют сигнал рассогласования поляризационных элементов по частоте модуляции, поворачивают поляризационный элемент до получения минимума сигнала рассогласования и об измеряемом угле судят по углу поворота поляризационного элемента.

Существенный недостаток известного способа обусловлен тем, что из-за отсутствия жесткой или достаточно жесткой базы между объектами, на которых установлены

15 поляризационные элементы, как, например, при проведении геодезических измерений, под действием внешнего случайного воздействия они в процессе измерения могут приобрести колебательное движение, которое обуславливает движение самих поляризационных элементов, что, в свою очередь, и приводит к появлению ошибки их согласования.

Целью изобретения является повышение

25 точности измерения угла скручивания.

Для этого по предлагаемому способу автоматического измерения углов скручивания выделяют последовательность минимальных сигналов рассогласования, сравнивают временные интервалы между появле682758 нием минимальных сигналов рассогласования и при равенстве двух соседних интервалов измеряют угол поворота поляризационного элемента.

На чертеже представлены графики, на которых на графике а кривая 1 изображает изменение светового потока 1 при прохождении через .систему поляризатор— анализатор в зависимости от изменения угла а между плоскостями наибольшего пропускания поляризационных элементов при отсутствии модуляции плоскости лоляризации. На графике б показан характер изменения положения плоскости поляризации относительно плоскости наибольшего пропускания анализатора под действием полезной модуляции (кривая 2), согласующего разворота анализатора (кривая 8) и паразитной модуляции от качки контролируемых объектов (кривая 4). На графике в кривая 5 представляет;изменение световопо потока на выходе анализатора и соответствующее изменение тока на выходе фотоприемника (кривая б). На графике г эпюры изображают последовательность временных интервалов, определенных нулевыми значениями сигнала частоты модуляции.

На графике д изображены те же временные интервалы, но полученные с учетом фазового детектирования сигнала рассогласования. На графике е изображены разности временных интервалов, определенных величиной и направлением (фазой) рассогласования поляризационных элементов.

Согласование поляризационных элементов при измерении углов скручивания предлагаемым способом выполняется следующим образом. Из светового потока, создаваемого источником света с помощью поляризатора, выделяем линейно поляризованную составляющую с плоскостью поляризации, определенной положением плоскости наибольшего пропускания поляризатора, затем с помощью модулятора, например ячейки Фарадея, раскачиваем плоскость поляризации симметрично относительно начального положения (кривая 2), благодаря чему на выходе фотоприемника выделяем сигнал первой гармоники частоты модуляции, амплитуда и фаза которого определяет величину и направление рассогласования, и по которому в автоматических системах измерения угла скручивания выполняем согласование поляризационных элементов (кривая 8). Однако из-за паразитной качки (кривая 4) сигнал на выходе фотоприемника уже будет амплитудно- и фазопеременным еще при наличии рассогласования между поляризационными элементами (кривая 6). Поэтому, несмотря на получение первого минимального значения сигнала рассогласования, продолжаем отработку угла между поляризационными элементамп в соответствии с появившимся после первого минимума сигнала рассогласова5

25 зо

4о

65 ния. В результате безостановочной отработки угла рассогласования в обоих направлениях от текущего положения получаем последовательность минимальных значений (график г), временной интервал. между которыми изменяется в зависимости от величины угла рассогласования. Отработку угла рассогласования необходимо продолжать до тех пор, пока смежные временные интервалы не выровняются между собой по длительности. Выравнивание временных интервалов в процессе согласования поляризационных элементов легко наблюдать с помощью осциллографа при подаче сигнала на два входа со смещением одного из них на пол-периода частоты качки.

Используя тот факт, что во время качки поляризационных элементов при переходе их через положение с минимальным значением сигнала рассогласования меняется фаза последнего относительно опорного сигнала (например, сигнала, подаваемого на модулятор), формируем с помощью фазочувствительного устройства разнополярные сигналы длительностью, определяемой длительностью между минимальными значениями сигнала рассогласования (график д). Пропуская два смежных сигнала через устройство сравнения (например, сложения) получаем сигнал, величина которого пропорциональна величине рассогласования между поляризационными элементами (или угла скручивания), и полярность определяет направление рассогласования. Полученный сигнал в дальнейшем используем для автоматического измерения величины ошибки измерения угла скручивания.

В случае отсутствия паразитного колебательного воздействия на поляризационные элементы последние, достигнув согласованного положения исполнительным устройством, за счет конечной величины чувствительности всей системы пройдут согласованное положение, в результате чего появится сигнал рассогласования с противоположной фазой, который вновь заставит согласовываться поляризационные элементы с другой стороны и вновь пройдет через нулевое значение сигнала рассогласования.

Таким образом, и в этом случае получаем последовательность нулевых значений сигнала частоты модуляции с равными временным,п интервалами между ними, так как они определены постоянной чувствительностью системы.

В связи с тем, что общая точность измерения углов скручивания определяется точностью согласования поляризационных элементов, использование предложенного способа, исключающего ошибку, обусловленную колебательным воздействием, повышает точность измерения угла скручивания. Так как величина ошибки определяется частотой колебательного воздействия

682758 (как правило определяемой собственной частотой контролируемого объекта) и скоростью согласования поляризационных элементов, то выбором скорости согласования величина этой ошибки может быть сведена пр актически до уровня чувствительности системы.

Кроме этого, путем анализа разности двух смежных временных интервалов (например, двух первых) можно получить информацию о величине скручивания, не выполняя разворот поляризационных элементов до полного согласования, что значительно сокращает время определения величины и направления угла скручивания.

Формула изобретения

Способ автоматического измерения углов скручивания, основанный на поляризационных свойствах волновой оптики, заключающийся в том, что поляризуют излучение, модулируют его по частоте, выделяют сигнал рассогласования поляризационных элементов на частоте модуляции, поворачивают поляризационный элемент до получения минимума сигнала рассогласования и об измеряемом угле судят по углу поворота поляризационного элемента, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения, выделяют последовательность минимальных сигналов рассогласования, сравнивают временные интервалы между появлением минимальных сигналов рассогласования и при равенстве двух соседних интервалов измеряют угол поворота поляризационного элемента.