RU1825971C - Пол ризационное устройство дл измерени углов скручивани - Google Patents

Abstract

Изобретение может использоватьс  в измерительной технике. Цель изобретени  - повышение точности измерений. Дл  этого в пол ризационном устройстве дл  измерени  углов скручивани  объекта. 2 содержащем основание с размещенным на нем датчиком, выполненным в виде источника излучени , объектива, пол ризатора, светоделительной пластины, установленных последовательно по ходу излучени , и анализатором, расположенным в пучке лучей , отраженных от светоделительной пластины , а также располагаемый на контролируемом объекте уголковый отражатель , согласно изобретению, отражатель выполнен в виде трехгранной пирамиды с боковыми ребрами равной длины, два двугранных угла которой между боковыми отра- жающими гран ми равны л /2, третий двугранный угол равен л 2(s+4). где s 1,2,3, при этом грань, обращенна  к проход щему светоделительную пластину излучению , частично экранирована по заданному закону. 6 ил. LO С

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  углов скручивани  и взаимного разворота объектов.

Цель изобретени  - повышение точности измерений.

На фиг. 1 представлена обща  схема предлагаемого устройства. Пол ризационное устройство содержит основание (на чертеже не показано), расположенный на нем датчик, выполненный в виде ист чкика излучени  1, объектива 2, пол ризатора 3 и светоделительной пластины 4. На контролируемом объекте жестко закреплен призмен- ный уголковый отражатель возвратного действи  5. В качестве приемника отраженного от отражател  излучени  используетс  анализатор 6, установленный на основании в пучке лучей, отраженных от светоделительной пластины.

На фиг. 2 представлен призменный уголковый отражатель 5, выполненный в виде трехгранной пирамиды ОАВС с трем  боковыми отражающими гран ми - ОВС - 7, ОАС - 8, ОАВ - 9 и входной фронтальной гранью ABC-10. Боковые ребра имеют равные длины . Двугранные углы между гран ми 7 и 9, 8 и 9 равны л /2, а между гран м 7 и 8 -  /{2(s+4)j. Показатель преломлени  материала отражател  равен ,07 (), ,57 или ,45 (), ,45 или ,). Совокупность точек входа

00

ю ел ю XI

и выхода света из отражател  5 образует его рабочую апертуру 11 (граница рабочей апертуры выделена толстой линией), котора  представл ет собой выт нутый симметричный шестиугольник DEFGHJ, расположен- ный на фронтальной грани 10. Она получаетс  как обща  часть пересечени  фронтальной грани 10 и ее зеркзльно-сим- метричного изображени  относительно точки входа центрального луча (основание перпендикул ра, опущенного из вершины трехгранного угла на фронтальную грань 10). Рабоча  апертура 11 состоит из совокупности 4s+18 секторов, границы между которыми совпадают с проекци ми на фрон- тальную грань 10, в направлении перпенди- кул рном к ней, бокоаых ребер ОА, 0В, ОС отражател  и их зеркальных изображений в боковых гран х 7, 8 и 9.

На фиг. 3 показана рабоча  апертура 11 в случае экранировани  секторов, соответствующих пор дку отражени  света от боковых граней 7, 8 и 9, в котором грань 9, противолежаща  двугранному углу (з+4);нестоит в начале или конце цепоч- ки из 2s+9 отражений. На фиг. 4 показана рабоча  апертура 11 в случае экранировани  секторов, соответствующих пор дку отражени  света от боковых граней 7, 8 и 9, в котором грань 9, противолежаща  двугран- ному углу л 2(s+4) не стоит в середине цепочки из 2s+9 отражений. На фиг. 3 и 4 в скобках показаны последовательности прохождени  светом боковых граней 7.8 и 9 при выходе из соответствующего секто- ра рабочей апертуры. Экранированна  часть рабочей апертуры заштрихована. Экранирование может осуществл тьс , например , посредством механического экрана, расположенного перед фронтальной гранью 10, или путем матировани  части самой рабочей апертуры 11.

Устройство работает следующим образом .

Излучение источника 1 с помощью обь- ектива 2 формируетс  в параллельные пучки , которые проход т через пол ризатор 3, В результате этого свет становитс  линейно-пол ризованным , Затем он поступает на призменный уголковый отражатель воз- вратного действи  5, который формирует отраженное излучение в направлении,стррго противоположном падающему, Часть света, отража сь от светоделительной пластины 4, поступает на анализатор 6, работающий, в качестве приемника.

Линейно-пол ризованный свет с произвольным азимутом пол ризации падает на фронтальную грань 10 отражател  5. Пройд  через неэкрэнированные сектора рабочей апертуры 11, свет испытывает 2s+9 полных внутренних отражений от боковых граней 7, 8 и 9 в пор дке прохождени  по цепочкам 978...78, 78...789, 87...879, 987...87 или 78.,.9.„78, 87...9...87, Выход щий из отражател  свет имеет направление, строго противоположное падающей волне. При полных внутренних отражени х от боковых граней 7, 8 и 9 происход т изменени  амплитудно-фазовых характеристик волны. Эти изменени  завис т от показател  преломлени  материала отражател , состо ни  пол ризации падающего света, набора углов падени  волн на отражающие грани (геометрии отражател ), а также от последовательности переотражени  волн от граней. Поэтому сектора рабочей апертуры 11 отражател  5 выступают как отдельные оптические элементы, формирующие волны, в общем случае, с различными состо ни ми пол ризации. Параметры отражател  (выбор геометрии отражател , рабочих секторов и показател  преломлени ) оптимизированы таким образом, что падающий на отражатель с произвольным азимутом пол ризации линейно-пол ризованный свет сохран ет на выходе линейность пол ризации, а его азимут пол ризации измен етс  по закону «вых Овх (пр ма  12 на фиг. 5). Азимут пол ризации падающего света (%х отсчитываетс  по часовой стрелке от оси st азимут пол ризации выход щего из отражател  света СЈвых отсчитываетс  против часовой стрелки от оси -it При повороте отражател  5 вокруг оптической оси датчика измен етс  азимут пол ризации падающего на него линейно- пол ризованного света. Поскольку азимут пол ризации выход щего линейно-пол ризованного света равен теперь новому значе- нию азимутэ пол ризации падающего света, то относительное изменение азимута пол ризации выход щего света за врем  между двум  измерени ми равно удвоенному углу поворота объекта вокруг оси скручивани . Алгоритм определени  угла поворота с помощью анализатора 6 сводитс  к нахождению половинного угла между двум  положени ми максимального пропускани  (или максимального непропускани ) анализатора .

В качестве примеров исполнени  рассмотрим пол ризационное устройство дл  измерени  углов скручивани  объекта с использованием призменного уголкового отражател  в виде трехгранной пирамиды, двугранные углы которой между отражающими гран ми равны ( л/2,  /2, JT/10)

(), изготовленной из оптического стекла марки СТ011 (,071082 дл  А 546,07 нм) и в виде трехгранной пирамиды, двугранные углы которой между отражающими гран ми равны ( л 12, ж /2, п /12) (), изготовленной из оптического стекла марки ТК12 (,568881 дл  Я 587,56 нм). Дл  первого отражател  при диапазоне измерени  угла скручивани  в 360° эллиптичность выход щего излучени  не превышает значени  с 0,007, а отклонение азимута по- л ризации выход щего излучени  от линейной зависимости %ых cfex не превышает величины 5тах 0.0025°. Дл  второго отражател  эти параметры равны, соответственно . 0.008 и 5тах 0.003°. Дл  иллюстрации вышесказанного на фиг. 6 приведены зависимости е е (ОвХ) (сплошные кривые) и 6 д (Овх) (штриховые кривые ). Первому отражателю отвечают кривые 13, 14, второму - 15. 16. Расчеты, выполненные на ПЭВМ, показывают, что чем ближе показатель преломлени  материала призменного уголкового отражател  5 к определенной величине, тем меньше эллиптичность отраженного излучени  и отклонение азимута пол ризации выход щего излучени  от линейной зависимости Оеых -Оех ( 0. (Гах - 0). Такими оптимальными показател ми преломлени   вл ютс  значени  п 2,066544 (), л 1.566454 () п 1,448594 () и п - 1.453607 (), п 1,420967 ().

Таким образом, в предлагаемом пол ризационном угломере не используетс  модул ци  светового потока по пол ризации , что и определ ет его конструктивную простоту, Применение предлагаемого устройства позволит решить многие метрологические задачи, св занные с изменением пространственного положени  объектов и с измерением деформаций различных конструкций и сооружений.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Пол ризационное устройство дл  измерени  углов скручивани  объекта, содержащее основание, установленный на нем датчик в виде источника излучени  и последовательно расположенных по ходу излучени  объектива пол ризатора и светоделителькой пластины, установленного в ходе отраженного от пластины излучени  анализаторами уголковый отражатель, предназначенный дл  скреплени  с объектом , отличающеес  тем. что, с целью повышени  точности измерений, уголковый

   отражатель выполнен в виде зеркальной трехгранной пирамиды с равной длины боковыми ребрами, два двугранных угла которой между боковыми гран ми равны  /2 , третий двухгранный угол составл ет

   (з+4), где ,2,3, и с частично экранированной по заданному закону гранью, обращенной к проход щему светоделительную пластину излучению.

   -Э

    

   s

   /

   /

   1918.. 78}

   Т I

   /

   W87..

   /

   (798..78) „ V/ е /(897..87)

   х. / f

   .

   /

   (7В... 798) /

   /

   /(78...789) 1 W...879) /

   Фиг.З

   /

   О)

   in см со

   L

   с., §

   iD

   «

   с

   о

   aces

   0,002

   20 40 6C 80 Л 120 HO ihc iBCf

   45

   Фиг.6.