Устройство для измеренияуглов скручивания
Иллюстрации
Реферат
О П И С А Н И E („)у94373
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву № 569849 (22) Заявлено 17.01.79 (21) 2714012/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.01.81. Бюллетень № 1 (45) Дата опубликования описания 07.01.81 (51) М Клз
G 01С 1/00
G 01В 11/26
Гасударственный комитет (53) УДК 528.52 (088.8) па делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения
С. П. Терехов (71) Заявитель
Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ
СКРУЧ И ВАН ИЯ
Изобретение относится к геодезическому приборостроению, в частности к геодезическим приборам для измерения углов скручивания.
По основному авт. св. № 569849 известно устройство для измерения углов скручивания, содержащее приемопередатчик, состоящий из осветителя, автоколлимационной телескопической системы, оптического делителя для пространственного разделения 1р передающего и приемного каналов, анализатора-модулятора и фотоприемника. Углоизмерительный датчик, расположенный соосно с приемопередатчиком и укрепленный на объекте, состоит из фазовой пластинки и 15 зеркально-линзового отражателя. В электронный блок входят узкополосный усилитель, генератор, фазовый детектор и индикатор.
Однако отсутствие в схеме прибора компенсирующего узла приводит к нестабильности работы устройства, к амплитудно-фазовым погрешностям, к нелинейности и нестабильности выходной характеристики и увеличению систематической ошибки и, следовательно, снижает точность измерения.
Целью изобретения является повышение точности измерения углов скручивания.
Это достигается тем, что в устройство введены модулятор-компенсатор, согласую- З0 щий трансформатор, источник постоянного напряжения и регулятор смещения, при этом модулятор-компенсатор, состоящий из электрооптического кристалла и двух фазовых четвертьволновых пластинок и расположенный между излучателем и оптическим делптелем, подключен через согласующий трансформатор к генератору и через обмотку трансформатора к источнику постоянного напряжения, выход которого подключен к индикатору, а вход соединен с регулятором смещения, подключенным к фазовому детектору.
На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — угловые зависимостп поворота вектора преимущественной поляризации от поворота углоизмерительного датчика и компенсационного поворота.
Устройство содержит приемопередатчик 1 и углоизмерптельный датчик 2, укрепленньш на измеряемом объекте 3. Приемопередатчик содержит осветитель 4 (напрнмер, лазер), модулятор-ком пенсатор, включающий фазовую четвертьволновую пластинку
5, главная ось которой расположена под углом 45 к оси Х, электрооптнческий кристалл 6 (например, АДП, КДП, LN) и фазовую четвертьволновую пластинку 7, главная ось которой расположена под углом
794373 — 45 к оси Х, оптический делитель 8, разделяющий передающий и приемный каналы, и телескопическую систему 9. Углоизмерительный датчик, принимающий и передающий излучение, содержит фазовую четвертьволновую пластинку 10, главная ось которой расположена под уголом р=45 к оси Х, объектив 11 и отражательное зеркало 12, жестко закрепленные в одном корпусе.
Приемный канал приемопередатчика образован анализатором 13, анализирующим плоскость поляризации приходящего излучения, и фотоприемником 14. Фотоприемник подключен через узкополосный усилитель
15 к сигнальному входу фазового детектора
16, выход которого соединен с регулятором смещения 17, подключенным к источнику постоянного напряжения 18, один из выходов которого подключен к индикатору 19, а другой через вторичную обмотку трансформатора 20 подключен к электрооптическому кристаллу. Вторичная обмотка трансформатора 20 соединена с одним из выходов генератора 21, другой выход которого подключен к опорному входу фазового детектора.
Устройство работает следующим образом.
Источник излучения 4 посылает пучок линейно поляризованного света с азимутом поляризации 0=0" (т. е. вектор преимущественных колебаний Е направлен вдоль оси Х). Пучок света падает на фазовую четвертьволновую пластинку 5. После прохождения ее свет становится циркулярно поляризованным и, пройдя через электрооптический кристалл b, преобразуется фазовой четвертьволновой пластинкой 7 в линейно поляризованный свет с азимутом р=О . Проидя оптический делитель 8, пучок света коллимируется телескопической системой 9 и после прохождения расстояния
L падает на фазовую четвертьволновую пластинку 10 углоизмерительного датчика
2. Пройдя объектив 11 и отразившись от зеркала 12, пучок вторичного в обратном ходе проходит объектив и фазовую четвертьволновую пластинку. Выходящий из датчика пучок будет линейно поляризован с азимутом р = 90 (т. е. вектор преимущественных колебаний Ер направлен вдоль оси
Y), так как сумма двух фазовых четвертьволновых пластинок с одинаковым направлением главных осей работает как фазовая полуволновая пластинка. Пройдя расстояние 1 в обратном ходе, пучок света преобразуется телескопической системой и, отразившись от оптического делителя, поступает на анализатор 13, азимут плоскости наибольшего пропускания которого расположен под углом а=О, т. е. его плоскость наибольшего пропускания перпендикулярна плоскости колебаний приходящего линейно поляризованного света. Следовательно, интенсивность поступающего на фотоприемник
14 света равна нулю. Если измеряемый объект 3 вместе с углоизмерительным датчиком 2 повернется на угол Ð (см. фиг.
2), то изменится азимут линейно поляризоБ ванного света, а следовательно, и интенсивность падающего на фотоприемник света. Исходя из условия, что для фазовой полуволновой пластинки углы между главной осью пластинки и входящим и выходящим векторами равны, угол поворота азимута
P определяется следующим образом;
) =+)+р — U= +)+45 — — 90 - +45 "; (1) = —, 2), (2)
Работу устройства можно описать следующим выражением:
X,1,:1: 4 где 1 — интенсивность света на фотоприемнике;
1ю — интенсивность света источника излучения;
3 (Uî sin "t + U„)
"ПоГаа
d — разность фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами;
n> — показатель преломления обыкно35 венного луча; г 2 — электрооптический коэффициент;
d — толщина кристалла вдоль приложенного электрического поля;
l — длина оптического пути света в
40 кристалле;
Vo — амплитуда приложенного модулированного напряжения;
ы — частота модуляции;
V„„— компенсирующее напряжение.
45 В устройстве модуляция и компенсация угла поворота датчика осуществляются с помощью электрооптического кристалла.
При подаче на него переменного синусоидального напряжения с генератора 21 через согласующий трансформатор 20 будет изменяться 6, что приведет к изменению света с круговой поляризацией, поступающего на электрооптический кристалл 6 после фазовой четвертьволновой пластинки 5, в эллиптическую поляризацию после кристалла.
При этом в зависимости от полуволны синусоидального напряжения большая ось эллипса будет колебаться, занимая положения +45 или — 45 . После прохождения
00 фазовой четвертьволновой пластинки 7 свет с эллиптической поляризацией превращается в линейно поляризованный свет, так как азимуты главных осей фазовой четвертьволновой пластинки 7 полностью соответст65 вуют азимутам осей эллипса. Следователь794373
Фиг. 1 но, на выходе из модулятора-компенсатора будет иметь место линейно поляризованный свет, азимут которого будет осциллировать синхронно с переменным напряжением относительно нулевого (у = 0 ) положения. 5
При этом, если угол поворота углоизмерительного датчика P=O, с фотоприемника снимается сигнал с частотой 2со. Если (0, снимается сигнал с частотой а, фаза которого зависит от направления поворота 10 углоизмерительного датчика, а амплитуда сигнала — от величины угла ф. Сигнал с фотоприемника подается на узкополосный усилитель 15, усиливающий и пропускающий колебание с частотой в на фазовый де- 15 тектор 16. Постоянный знакопеременный сигнал с выхода фазового детектора подается на регулятор смещения 17, который управляет входом источника постоянного смещения 18. С одного из выходов источни- 2п ка постоянного смещения напряжение U„, пропорциональное углу поворота углоизмерительного датчика, подается на электрооптический кристалл и разность фаз 6 изменяется таким образом, что вектор линейно 25 поляризованного света, выходящего из модулятора-компенсатора, поворачивается на угол y=2P и компенсирует угол поворота углоизмерительного датчика. Таким образом, на фотоприемнике появляется сигнал 30 с частото" 2m, а на индикаторе, соединенном с другим выходом источника постоянного смещения, появится величина напряжения, равная U„, знак которой будет зависеть от направления поворота углоизмерительного датчика. Предварительно измеренная величина напряжения У„ будет пропорциональна углу поворота углоизмерительного датчика, а следовательно, углу поворота объекта.
Формула изобретения
Устройство для измерения углов скручивания по авт. св. № 569849, отлич ающее с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены модулятор-компенсатор, согласующий трансформатор, источник постоянного напряжения и регулятор смещения, при этом модулятор-компенсатор, состоящий из электр ооптического кристалла и двух фазовых четвертьволновых пластинок и расположенный между излучателем и оптическим делителем, подключен через согласующий трансформатор к генератору и через обмотку трансформатора к источнику постоянного напряжения, выход которого подключен к индикатору, а вход соединен с регулятором смещения, подключенным к фазовому детектору.
794373
Составитель Б. Поставнин
Техред И, Пенчко
Корректор О. Силуянова
Редактор T. Клюкина
Типография, пр. Сапунова, 2
Заказ 512/1 Изд. № 208 Тираж 661 Подписное
НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5