ES2264814T3 - Procedimiento para la medicion de angulos de rotacion entre dos sistemas de referencia. - Google Patents
Procedimiento para la medicion de angulos de rotacion entre dos sistemas de referencia.Info
- Publication number
- ES2264814T3 ES2264814T3 ES99101370T ES99101370T ES2264814T3 ES 2264814 T3 ES2264814 T3 ES 2264814T3 ES 99101370 T ES99101370 T ES 99101370T ES 99101370 T ES99101370 T ES 99101370T ES 2264814 T3 ES2264814 T3 ES 2264814T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- laser diodes
- rotation
- light
- sqrt
- angle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 13
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 26
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 4
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 10
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 101150118300 cos gene Proteins 0.000 description 3
- 101100234408 Danio rerio kif7 gene Proteins 0.000 description 2
- 101100221620 Drosophila melanogaster cos gene Proteins 0.000 description 2
- 101100398237 Xenopus tropicalis kif11 gene Proteins 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 229910021532 Calcite Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000220225 Malus Species 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 231100000862 numbness Toxicity 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/344—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using polarisation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO PARA LA MEDICION DE ANGULOS DE ROTACION ENTRE DOS SISTEMAS DE REFERENCIA CON LOS SIGUIENTES PASOS A PROCEDER: - EN UNA UNIDAD EMISORA(SE), UNIDA CON EL PRIMER SISTEMA DE REFERENCIA, SE DESVIA LA LUZ DE DOS DIODOS DE LASER(LD1,LD2) HACIA UN COMBINADOR DE RAYO(GLP), EN LO QUE SE POLARIZA LA LUZ DE LOS DIODOS DE LASER(LD1,LD2) DE FORMA LINEAL, LOS NIVELES DE POLARIZACION SE ENCUENTRAN EN UNA POSICION VERTICAL UNO HACIA OTRO Y LA INTENSIDAD DE LOS DIODOS DE LASER(LD1,LD2) CON UNA PRIMERA FRECUENCIA DE TACTO SE PONE EN INTERVALOS DE MODO QUE EN PUNTOS TEMPORALES SUCESIVOS - SOLO EL PRIMER DIODO DE LASER(LD1) IRRADIA LUZ O - SOLO EL SEGUNDO DIODO DE LASER(LD2) IRRADIA LUZ; - EN EL COMBINADOR DE RAYO(PSP) QUE POLARIZA, LA LUZ DE AMBOS DIODOS DE LASER (LD1,LD2)SE ACOPLA MANTENIENDO LOS RESPECTIVOS NIVELES DE POLARIZACION, A UN EJE OPTICO COMUN; - EN UNA UNIDAD RECEPTORA(EM), UNIDA CON EL SEGUNDO SISTEMA DE REFERENCIA, SE DISOCIA LA LUZ, QUE LLEGA DESDE ELCOMBINADOR DE RAYO(GLP)CON CAPACIDAD DE POLARIZACION, EN DOS RAYOS PARCIALES, EN UN DIVISOR DE RAYOS(GTP) CON CAPACIDAD DE POLARIZACION EN DEPENDENCIA DE LA ORIENTACION DE LOS NIVELES DE POLARIZACION DE LA LUZ DE INCIDENCIA DE LOS DIODOS DE LASER(LD1,LD2) AL EJE PARALELO(P) Y VERTICAL(S) DEL DIVISOR DE RAYOS(GTP) CON CAPACIDAD DE POLARIZACION Y LOS RAYOS PARCIALES SE ORIENTAN RESPECTIVAMENTE A UN FOTODETECTOR(PD1,PD2); - DE LOS VALORES DE MEDICION DE LAS FOTOCORRIENTES DE AMBOS FOTODETECTORES(PD1,PD2), TOMADOS EN UN MOMENTO EN EL QUE SOLAMENTE EL PRIMER DIODO DE LASER(LD1) IRRADIA Y ADICIONALMENTE EN OTRO MOMENTO, EN EL QUE SOLO IRRADIA EL SEGUNDO DIODO DE LASER(LD2), SE DETERMINA EL ANGULO DE ROTACION EN RELACION CON UNA POSICION CERO PREDETERMINADA DE LA ROTACION.
Description
Procedimiento para la medición de ángulos de
rotación entre dos sistemas de referencia.
La invención se refiere a un procedimiento para
la medición de ángulos de rotación entre dos sistemas de
referencia.
Hay una serie de aplicaciones en las que se
trata de conocer la posición angular referida a la línea de unión
de los sistemas de coordenadas de dos unidades funcionales separadas
entre sí. Del documento US-3932039, por ejemplo, se
conoce, cómo con la ayuda de luz polarizada se puede determinar una
posición angular de este tipo.
El objetivo de la invención es crear un
procedimiento con el que se pueda medir la posición angular actual
de dos sistemas de referencia alrededor de su línea de unión
- -
- de modo absoluto o relativo,
- -
- con una precisión de segundos de arco,
- -
- de modo permanentemente calibrado,
- -
- y, en principio, para cualquier distancia (por ejemplo, espacio cósmico)
Este objetivo se alcanza mediante el
procedimiento según la reivindicación 1. Realizaciones ventajosas
son objeto de otras reivindicaciones.
El procedimiento conforme a la invención
comprende los siguientes pasos del procedimiento:
- -
- en una unidad de emisión que está unida con el primer sistema de referencia se desvía la luz de dos diodos láser a un combinador de rayos polarizado, en el que la luz de los diodos láser está polarizada linealmente, los planos de polarización son perpendiculares entre sí, y la intensidad de los diodos láser se sincroniza con una primera frecuencia de sincronización, de tal manera que en instantes consecutivos
- -
- sólo radia el primer diodo láser o
- -
- sólo radia el segundo diodo láser
- -
- en el combinador de rayos polarizante se acopla la luz de los dos diodos láser manteniendo los planos de polarización correspondientes acoplados en un eje óptico común;
- -
- en una unidad de recepción que está unida con el segundo sistema de referencia se divide la luz que viene del combinador de rayos polarizante en un divisor de haz polarizante en función de la orientación de los planos de polarización de la luz incidente de los diodos láser respecto al eje paralelo y al eje perpendicular del divisor de haz polarizante, en dos haces parciales, y cada haz parcial se desvía, respectivamente, a un fotodetector;
- -
- a partir de los valores de medición de las corriente fotoeléctricas de los dos fotodetectores, tomados en un instante de tiempo en el que sólo radia el primer diodo láser, y en un instante de tiempo posterior en el que sólo radia el segundo diodo láser, se determina el ángulo de rotación referido a una posición cero prefijada de la rotación.
Con el procedimiento conforme a la invención, en
el que se lleva a cabo una modulación de la polarización de dos
diodos láser con planos de polarización cruzados, es posible una
determinación absoluta de la posición angular hasta 180º. En este
caso, la medición se puede llevar a cabo independientemente de las
intensidades de los diodos láser, de las transmisiones de los
polarizadores y de la sensibilidad de los fotodiodos, así como de
sus oscilaciones temporales. La modulación de la polarización es
posible en un amplio intervalo de frecuencias hasta algunos
kHz.
kHz.
La posición cruzada de los planos de
polarización, que está fijada por medio del combinador de rayos,
hace posible, por un lado, una convergencia prácticamente sin
pérdidas de las dos intensidades de los diodos láser, y por otro
lado, la determinación de la posición cero, y con ello también un
conocimiento preciso de la precisión de la medición actual.
Por lo que se refiere a las aplicaciones del
espacio cósmico, el procedimiento conforme a la invención contiene
adicionalmente una redundancia parcial, ya que también se pueden
seguir midiendo ángulos de rotación con sólo un diodo láser o un
fotodiodo, si bien en ese caso sólo con una precisión reducida.
El procedimiento conforme a la invención posee
la ventaja de que, en principio, se puede aplicar para cualquier
alejamiento de los dos sistemas de referencia, lo que es importante,
en particular, para aplicaciones en el espacio cósmico.
La modulación de amplitud adicional de alta
frecuencia de los dos diodos láser garantiza conjuntamente con
amplificadores síncronos el reconocimiento de la luz del emisor,
también con una elevada proporción de luz extraña.
La invención es apropiada, en particular, para
los siguientes campos de aplicación:
- -
- determinación de la orientación relativa de dos satélites;
- -
- medición del ángulo de giro de antenas direccionales en mástiles;
- -
- medición precisa y control de diferentes sistemas de referencia en la interferometría óptica;
- -
- verificación de la planeidad de mesas de medición, cintas transportadoras, carriles;
- -
- medición de pequeños efectos de rotación de polarización, tal y como se pueden producir en líquidos transparentes, cuerpos sólidos, gases o superficies reflectantes;
- -
- comprobación y supervisión de edificios, puentes y torres en la construcción, así como en su estabilidad con carga de viento;
- -
- medición de movimientos tectónicos en la geofísica.
La invención se explica a continuación con más
detalle a partir de realizaciones a modo de ejemplo, tomando como
referencia los dibujos. Se muestra:
Fig. 1 dos sistemas de referencia, así como
el ángulo de rotación que se ha de medir entre estos sistemas de
referencia;
Fig. 2 la función de un combinador de rayos
polarizante;
Fig. 3 la función de un divisor de haz
polarizante;
Fig. 4 la construcción de la unidad de
emisión;
Fig. 5 la construcción de la unidad de
recepción;
Fig. 6 el esquema de sincronización de los
diodos láser por lo que se refiere a la intensidad y a la
polarización;
Fig. 7 las intensidades que inciden en los
fotodiodos, así como las corrientes fotoeléctricas correspondientes
con una desviación de -10^{0} respecto a la posición cero;
Fig. 8 diagrama de bloques de un sensor
conforme a la invención para aplicaciones terrestres;
Fig. 9 diagrama de bloques de un sensor
conforme a la invención para distancias elevadas en el espacio
cósmico.
Fig. 10 una representación de la precisión de
la medición de ángulos en función del ángulo.
La Fig. 1 muestra la definición del ángulo de
rotación \beta que se ha de medir, tal y como se explica en la
introducción de la descripción. Éste está referido a la línea de
unión de los dos sistemas de referencia.
La Fig. 2 muestra a modo de croquis el modo de
trabajo de un combinador de rayos polarizante GLP, con el que dos
rayos ES, EP con un grado de polarización reducido, que tienen
planos de polarización cruzados entre sí, se acoplan prácticamente
sin pérdidas y con un elevado grado de polarización sobre un eje E
óptico común. Para ello se usa, por ejemplo, un polarizador
especial Glan-Laser (cia. ZETA, EE.UU.) con
superficies de entrada ópticas biseladas para la combinación de los
rayos.
La Fig. 3 muestra a modo de croquis el modo de
trabajo de un divisor de haz polarizante GTP, del tipo
Glan-Thompson, tal y como se emplea a modo de
ejemplo en la presente invención Se realiza en la realización
mostrada (cia. ZETA, EE.UU.) por medio de dos prismas de calcita
enmasillados. En el caso del divisor de haz polarizante GTP hay dos
ejes perpendiculares entre sí, llamados en los sucesivos eje
paralelo p y eje perpendicular s. Las partes de la luz E incidente
que están polarizadas paralelas al eje p son dejadas pasar sin
desviación EP, mientras que las partes que están polarizadas
paralelas al eje s son desviadas 45º ES. El elemento GTP actúa en
este caso como
analizador.
analizador.
Según la invención, la unidad de emisión (Fig.
4) y la unidad de recepción (Fig. 5) se fijan respectivamente al
sistema de referencia que se ha de medir. La unidad de recepción se
fija allí donde la señal de medición se requiere para una
aplicación o evaluación posterior.
En la unidad de emisión SE según la Fig. 4 están
instalados dos diodos láser LD1 y LD2 del mismo tipo como fuente de
luz, cada uno de los cuales emite ya en su mayor parte luz
polarizada linealmente. Las intensidades de los dos diodos láser
LD1, LD1 se eligen preferentemente lo más idénticas posibles (si
bien también son posibles sin mayor problema intensidades
diferentes), haciendo que se usen diodos láser constructivamente
iguales así como corrientes de excitación idénticas. Los planos de
polarización de los diodos láser LD1, LD2 están orientados
perpendicularmente entre sí, de manera que los haces de rayos
emitidos por los diodos láser en un combinador de rayos polarizante
GLP se puedan acoplar en un eje óptico común. Previamente, una
óptica de conformación de rayos dentro del módulo láser conforme el
haz de rayos fuertemente divergente de los diodos láser
convirtiéndolo en un haz de rayos aproximadamente paralelo y
adaptado a la apertura del siguiente combinador GLP. El combinador
de rayos GLP con una relación de extinción elevada mejora la
polarización lineal a aproximadamente 10^{-5} o mejor, y con ello
fija o estabiliza el plano de referencia óptica en el plano de
referencia mecánica de la carcasa de la unidad de emisión. Con el
telescopio de ensanchamiento AT conectado a continuación se ajusta
la divergencia del hay de rayos que se emite de tal manera que bajo
todas las condiciones, es decir, posible movimiento lateral y/o
ladeo de los dos sistemas de referencia entre sí, se garantiza una
iluminación de la apertura del receptor.
El telescopio afocal en la unidad de recepción
EM según la Fig. 5 determina, por un lado, por medio de su
apertura, la potencia luminosa que se ha de recibir, en segundo
lugar limita con su blindaje de campo en el foco primario el campo
visual, y en tercer lugar reduce la sección transversal del rayo a
la abertura requerida del siguiente divisor de haz polarizante GTP.
En la posición cero definida aquí de modo arbitrario, el eje p
paralelo y el eje s perpendicular del analizador GTP están girados
respecto al plano de polarización incidente en 45º,
respectivamente. Sin embargo, también es posible cualquier otro
ángulo. Gracias a ello se dividen las dos partes p y s con las
mismas intensidades. Los dos haces parciales se proyectan por medio
de otro sistema de lentes L1, L2 sobre los fotodetectores PD1 y PD2
correspondientes. Para compensar las no homogeneidades que se
puedan producir en la superficie del detector, también se puede
proyectar la pupila de entrada del receptor en la superficie del
detector. Los dos amplificadores síncronos LI1, LI2 sirven para el
reconocimiento de la luz emitida con una proporción elevada de luz
extraña. El símbolo de referencia AD designa un convertidor
analógico/digital AD con un procesador P conectado a
continuación.
continuación.
Los dos diodos láser LD1, LD2 se controlan
alternativamente con una frecuencia comparativamente reducida (por
ejemplo, 1 kHz). Para el empleo del amplificador síncrono, cada
diodo láser se modula en amplitud adicionalmente con una frecuencia
sensiblemente mayor (por ejemplo 100 kHz).
Las señales de los fotodiodos obedecen a la ley
de Malus, es decir, las intensidades de los dos haces parciales
después del analizador son proporcionales a
cos^{2}(\pi/4+\beta) o a
cos^{2}(\pi/4-\beta), siendo \beta la
desviación angular respecto a la posición cero definida
anteriormente.
La Fig. 6 muestra en la mitad superior la
sincronización del control de los diodos láser y las direcciones de
polarización activas correspondientes. La mitad inferior de la
imagen muestra la salida de señal I en la salida del emisor con las
direcciones de polarización activas correspondiente. En este caso se
toman diferentes intensidades de los dos diodos láser a modo de
ejemplo.
La Fig. 7 muestra en la ilustración de la
derecha las intensidades (ordenadas) que inciden en los dos
fotodiodos en función de la desviación respecto a la posición cero
(abscisas). En este caso, la función I_{jk} correspondiente
designa la intensidad en el fotodiodo j con el diodo láser k
encendido. Por medio de la ilustración de la izquierda se pueden
deducir las corrientes fotoeléctricas (abscisas) correspondientes -
dependientes de la sensibilidad R_{1} del fotodiodo LD1 o de la
sensibilidad R_{2} del fotodiodo LD2 -.
Por ejemplo, están representados los valores con
una desviación de -10^{0} respecto a la posición cero. En los
fotodiodos se producen cuatro diferentes intensidades (ordenadas),
que se corresponden con cuatro diferentes corrientes fotoeléctricas
i_{jk}.
Las corrientes fotoeléctricas que se han de
esperar se describen en el siguiente sistema de ecuaciones (ecuación
1-4).
Ecuación
1
\newpage
Ecuación
2
\vskip1.000000\baselineskip
Ecuación
3
\vskip1.000000\baselineskip
Ecuación
4
\vskip1.000000\baselineskip
\beta es la desviación respecto a la posición
cero elegida. \pi/4 en el argumento de la función coseno resulta
de la posición cero de la rotación definida anteriormente.
I_{j,k} describe la corriente fotoeléctrica
que es generada por el fotodiodo j con el diodo láser k
encendido.
R_{j} es la sensibilidad del fotodiodo j.
I_{idk,pot} es la intensidad emitida del diodo
láser k en la dirección de paso del combinador de rayos polarizante
posterior.
I_{idk,sper} es la intensidad emitida del
diodo láser k en la dirección de bloqueo del combinador de rayos
polarizante posterior. Típicamente es aproximadamente 100 veces más
débil que I_{idk,pot}.
T_{x,y,z} es la transmisión a través del
combinador de rayos polarizante en el emisor o bien a través del
divisor de haz polarizante en el receptor.
En este caso, el primer índice (x) designa con
"s" el combinador de rayos de la parte del emisor, y con
"r" el divisor de haz de la parte del receptor.
El segundo índice (y) designa si se trata de la
trayectoria de los rayos directa (g) o de la trayectoria de los
rayos reflectante ®.
El tercer índice (z) designa si se considera la
transmisión máxima en la dirección de paso (pol) o la transmisión
mínima en la dirección de bloqueo (sper) del polarizador
correspondiente.
Para la determinación del ángulo se ha de
resolver el sistema de ecuaciones anterior despejando \beta.
\newpage
Para simplificar, se pueden despreciar todos los
sumandos grandes de la derecha. Lo mismo es válido también para el
sustraendo en los sumandos grandes de la izquierda. Las ecuaciones
son ahora:
Ecuación
5
Ecuación
6
Ecuación
7
Ecuación
8
En un paso posterior, en primer lugar, se toman
los sumandos T_{r,g,sper} y T_{r,r,sper} como si fueran cero.
Ahora se puede resumir el sistema de ecuaciones a la siguiente
ecuación.
Ecuación
9
En la parte derecha de la ecuación 9 se
simplifican todas las sensibilidades, transmisiones e intensidades,
y quedan sólo los términos de coseno cuadrado. Sacando la raíz
cuadrada en la parte izquierda se obtiene
Ecuación
10
\sqrt{\frac{\sqrt{i_{1,2}\cdot
i_{2,1}}}{\sqrt{i_{1,1}\cdot i_{2,2}}}} =
\frac{cos\left(\frac{\pi}{4} - \beta\right)}{cos\left(\frac{\pi}{4}
+
\beta\right)}
Puesto que
cos(\pi/4-\beta) =
sen(\pi/4+\beta), se puede despejar sencillamente \beta
en la ecuación:
Ecuación
11
\beta = arctan
\sqrt{\frac{\sqrt{i_{1,2}\cdot i_{2,1}}}{\sqrt{i_{1,1}\cdot
i_{2,2}}}} -
\frac{\pi}{4}
Los sumandos T_{r,g,sper} y T_{r,r,sper} que
se toman como cero en las ecuaciones 5 - 8 son pequeños y del mismo
orden de magnitud. Debido a ello, es suficiente en la ecuación 11
con sustraer en lugar de las corrientes de corrección individuales
una corriente de corrección ic tanto en el numerador como en el
denominador, para eliminar los errores residuales en el intervalo
de segundos de arco. La corriente de corrección ic tiene en cuenta
el hecho de que hay una menor contribución por medio de la relación
de extinción finita sobre el otro fotodiodo, respectivamente. La
relación ic/i_{j,k} tiene un valor, típicamente de 10^{-4}. ic
se puede calcular o bien de modo empírico o bien a partir del
producto de la transmisión del analizador en la dirección de
bloqueo por las corrientes fotoeléctricas que se han de esperar en
la dirección de polarización.
Ecuación
12
\beta = arctan
\sqrt{\frac{\sqrt{i_{1,2}\cdot i_{2,1}} - ic}{\sqrt{i_{1,1}\cdot
i_{2,2}} - ic}} -
\frac{\pi}{4}
Una ventaja fundamental del procedimiento
conforme a la invención se pone de manifiesto en el paso de la
ecuación 9 a la 10. Se simplifican todas las sensibilidades de los
fotodiodos, transmisiones de los polarizadores e intensidades,
gracias a lo cual el sensor es insensible respecto a sus
oscilaciones. Por la misma razón, no es necesario un conocimiento
de estas magnitudes. La insensibilidad respecto a transmisiones del
polarizador significa, por ejemplo, también, una insensibilidad
respecto a la división p-s por medio de la
incidencia de la luz no perpendicular sobre el polarizador. Debido
a ello, no se requiere un revestimiento especial sobre la
superficie de entrada óptica. Gracias a ello es posible una
fabricación barata del sensor.
La precisión depende, entre otras cosas, del
ángulo mismo, ya que a medida que aumenta la desviación del ángulo
se hace más débil la intensidad en uno de los fotodiodos. La Fig. 10
muestra la anchura de error con diferentes ángulos y condiciones,
tal y como se han realizado en el banco de laboratorio.
La Fig. 8 muestra el diagrama de bloques para un
sensor conforme a la invención para aplicaciones terrestres. La
unidad de emisión SE comprende los dos módulos de los diodos láser
LD1 y LD2, que son controlados por el generador de reloj TG. Tal y
como ya se ha mencionado (ver, por ejemplo, la Fig. 6), los módulos
de los diodos láser se sincronizan preferentemente al mismo tiempo
con una primera frecuencia de sincronización reducida, por ejemplo
1 kHz, para la modulación de la polarización, y con una segunda
frecuencia de sincronización considerablemente más elevada, por
ejemplo 100 kHz, para el reconocimiento de la luz del emisor con una
proporción elevada de luz extraña.
En la unidad de recepción EM están los dos
fotodiodos PD1, PD2 unidos con un amplificador síncrono LI1, LI2.
Las señales de salida de los amplificadores síncronos se introducen
en un convertidor analógico/digital AD. En el procesador P
conectado a continuación se realiza la evaluación de cálculo
posterior. La información de fase para las dos frecuencias de
sincronización se transmite por medio de líneas L desde la unidad de
emisión SE a la unidad de recepción EM.
La Fig. 9 muestra de modo correspondiente el
diagrama de bloques para un sensor conforme a la invención, que se
puede emplear, en especial, para grandes distancias de los dos
sistemas de referencia, por ejemplo, para la medición del ángulo de
rotación entre dos satélites. La construcción de la unidad de
emisión SE y de la unidad de recepción EM se corresponde
fundamentalmente con las realizaciones representadas en la Fig. 8.
Sin embargo, aquí se emplea como amplificador síncrono un
amplificador síncrono de fase dual LI1, LI2 conjuntamente con
osciladores estables en frecuencia OSC. Ya no se requiere entonces
una transmisión de la información de fase desde la unidad de
emisión SE a la unidad de recepción EM.
Claims (5)
1. Procedimiento para la medición
del ángulo de rotación entre dos sistemas de referencia con los
siguientes pasos del proceso:
- -
- en una unidad de emisión (SE) que está unida con el primer sistema de referencia se desvía la luz de dos diodos láser (LD1, LD2) a un combinador de rayos polarizado (GLP), en el que la luz de los diodos láser (LD1, LD2) está polarizada linealmente, los planos de polarización son perpendiculares entre sí, y la intensidad de los diodos láser (LD1, LD2) se sincroniza con una primera frecuencia de sincronización, de tal manera que en instantes consecutivos
- -
- sólo radia el primer diodo láser (LD1) o
- -
- sólo radia el segundo diodo láser (LD2)
- -
- en el combinador de rayos polarizante (GLP) se acopla la luz de los dos diodos láser (LD1, LD2) manteniendo los planos de polarización correspondientes acoplados en un eje óptico común;
- -
- en una unidad de recepción (EM) que está unida con el segundo sistema de referencia se divide la luz que viene del combinador de rayos polarizante (GLP) en un divisor de haz polarizante (GTP) en función de la orientación de los planos de polarización de la luz incidente de los diodos láser (LD1, LD2) respecto al eje paralelo (p) y al eje perpendicular (s) del divisor de haz polarizante (GTP), en dos haces parciales, y cada haz parcial se desvía, respectivamente, a un fotodetector (PD1, PD2);
- -
- a partir de los valores de medición de las corriente fotoeléctricas de los dos fotodetectores (PD1, PD2), tomados en un instante de tiempo en el que sólo radia el primer diodo láser (LD1), y en un instante de tiempo posterior en el que sólo radia el segundo diodo láser (LD2), se determina el ángulo de rotación referido a una posición cero prefijada de la rotación.
2. Procedimiento según la
reivindicación 1, caracterizado porque el ángulo de rotación
\beta se determina de la siguiente manera
\beta = arctan
\sqrt{\frac{\sqrt{i_{1,2}\cdot i_{2,1}}}{\sqrt{i_{1,1}\cdot
i_{2,2}}}} -
\phi
con
i_{j,k} corriente fotoeléctrica del fotodiodo
PDj con el diodo láser LDk radiando
\phi valor del ángulo que describe la
definición de la posición cero de la rotación.
3. Procedimiento según la
reivindicación 1, caracterizado porque el ángulo de rotación
\beta se determina de la siguiente manera:
\beta = arctan
\sqrt{\frac{\sqrt{i_{1,2}\cdot i_{2,1}} - ic}{\sqrt{i_{1,1}\cdot
i_{2,2}} - ic}} -
\phi
con
i_{j,k} corriente fotoeléctrica del fotodiodo
PDj con el diodo láser LDk radiando
\phi valor del ángulo que describe la
definición de la posición cero de la rotación,
ic corriente de corrección que tiene en cuenta
la relación de extinción finita del divisor de haz polarizante
(GTP)
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque como
posición cero de la rotación se elige una orientación con la que el
eje paralelo (p) y el eje perpendicular (s) del divisor de haz
polarizante (GTP) encierra con los planos de polarización de la luz
incidente de los dos diodos láser (LD1, LD2), respectivamente, un
ángulo de 45º.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las
intensidades de los diodos láser (LD1, LD2) se sincronizan
adicionalmente con una segunda frecuencia de sincronización, y las
señales de salida de los fotodiodos (PD1, PD2) se amplifican
respectivamente en un amplificador síncrono (LI1, LI2), en el que
está esta segunda frecuencia de sincronización.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19805585 | 1998-02-12 | ||
DE19805585 | 1998-02-12 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
ES2264814T3 true ES2264814T3 (es) | 2007-01-16 |
Family
ID=7857402
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ES99101370T Expired - Lifetime ES2264814T3 (es) | 1998-02-12 | 1999-01-26 | Procedimiento para la medicion de angulos de rotacion entre dos sistemas de referencia. |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0936445B1 (es) |
AT (1) | ATE332487T1 (es) |
DE (1) | DE59913641D1 (es) |
ES (1) | ES2264814T3 (es) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB0706821D0 (en) | 2007-04-10 | 2007-05-16 | Renishaw Plc | Rotation detection kit |
DE102012100531B4 (de) * | 2012-01-23 | 2014-04-17 | Schenck Rotec Gmbh | Verfahren zur Korrektur der permanenten Kalibrierung und Kraft messende Auswuchtmaschine |
GB201313751D0 (en) * | 2013-08-01 | 2013-09-18 | Renishaw Plc | Rotation Detection Apparatus |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3932039A (en) * | 1974-08-08 | 1976-01-13 | Westinghouse Electric Corporation | Pulsed polarization device for measuring angle of rotation |
US5424535A (en) * | 1993-04-29 | 1995-06-13 | The Boeing Company | Optical angle sensor using polarization techniques |
EP0783663A4 (en) * | 1994-09-30 | 1999-04-14 | Drs Photronics Corp | IMPROVED SIGHTING DEVICE WITH SINGLE-BEAM AND TRI-AXIS MEASUREMENT |
JPH08340475A (ja) * | 1995-06-12 | 1996-12-24 | Olympus Optical Co Ltd | 光学式角度検出装置 |
JPH09319505A (ja) * | 1996-05-27 | 1997-12-12 | Nippon Syst Integureeshiyon Kk | 相対角度検出装置及び仮想現実感提供装置 |
-
1999
- 1999-01-26 AT AT99101370T patent/ATE332487T1/de not_active IP Right Cessation
- 1999-01-26 EP EP99101370A patent/EP0936445B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-01-26 DE DE59913641T patent/DE59913641D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1999-01-26 ES ES99101370T patent/ES2264814T3/es not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0936445B1 (de) | 2006-07-05 |
DE59913641D1 (de) | 2006-08-17 |
EP0936445A3 (de) | 2001-11-21 |
EP0936445A2 (de) | 1999-08-18 |
ATE332487T1 (de) | 2006-07-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11268811B2 (en) | Non-interferometric optical gyroscope based on polarization sensing | |
EP1407291B1 (en) | Chopper-stabilized absolute distance meter | |
KR100253496B1 (ko) | 절대 거리를 위한 전기 광학적 측정기 | |
EP1779058B1 (en) | System and method for optical measurement | |
US20130083323A1 (en) | Photoelectric autocollimation method and apparatus based on beam drift compensation | |
CN112433221A (zh) | 一种基于偏振调制的绝对距离测量装置 | |
US3552859A (en) | Optical instrument for determining the parallelism or nonparallelism of two reflecting surfaces | |
US4981354A (en) | Optical differential tilt sensor | |
US5052800A (en) | Boresighting method and apparatus | |
ES2264814T3 (es) | Procedimiento para la medicion de angulos de rotacion entre dos sistemas de referencia. | |
US11656344B2 (en) | Light-based position measurement device with atmospheric correction | |
ES2529185T3 (es) | Determinación de la posición y de la orientación | |
US4621924A (en) | Optical alignment apparatus | |
US20130033709A1 (en) | Interferometric posture detection system | |
US4797552A (en) | Apparatus and method for locating the direction of an atomic beam | |
Ingensand et al. | A high-accuracy alignment system based on the dispersion effect | |
CN214201777U (zh) | 一种基于偏振调制的绝对距离测量装置 | |
SU569849A1 (ru) | Устройство дл измерени углов скручивани | |
JPS60205383A (ja) | 距離測定装置における測定対象定点追尾方法 | |
SU1290062A1 (ru) | Оптико-электронное устройство дл пространственного позиционировани объекта | |
RU1793205C (ru) | Устройство дл определени поперечных смещений объекта | |
SU1514027A1 (ru) | Устройство передачи азимута с одного горизонта на другой | |
CA1184779A (en) | Method and means for utilizing apodized beams | |
JPH02266702A (ja) | パラボラアンテナの方位及び迎角検出装置 | |
Collyer et al. | Attitude Transfer By Electro-Optical Instrumentation For Shuttle Experiments |