RU1835049C - Отметчик одного оборота вращающегос кольцевого лазера с оптическим смесителем - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Целью изобретени   вл етс  повышение точности, надежности и упрощение конструкции отметчика одного оборота. Отметчик одного оборота вращающегос  кольцевого лазера содержит сопр женное с кольцевым лазером свето- делительным элементом, фотоприемное устройство , блок формировани  сигнала .отметчика. Новым в отметчике  вл етс  то, что в нем отсутствует дополнительный когерентный источник света,„фотоприемное устройство выполнено в виде трехплоща- дочного фотоприемника, а блок формировани  4 выполнен в виде формирователей 5, 6, 7, умножител  частоты 8 и арифмети- ческо-логического устройства 9. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. чиfe

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к контрольно-измерительным устройствам дл  бесконтактного измерени , плоских углов на основе вращающегос  кольцевого лазера (КЛ). Более конкретно, предложение относитс  к измерителю полного угла поворота КЛ, формирующему сигнальную метку при повороте КЛ на один полный оборот (в дальнейшем отметчик одного полного угла поворота КЛ). Такие отметчики  вл ютс  об зательными функциональными элементами устройств дл  измерени  на основе вращающихс  КЛ.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности, надежности и упрощение конструкции отметчика одного оборота КЛ.

На фиг. 1 представлен вариант исполнени  КЛ со светоделительным элементом; на фиг.2 - блок-схема отметчика; на фиг.З - диаграмма работы отметчика.

Отметчик одного оборота вращающегос  КЛ содержит кольцевой лазер 1, светоде- лительный элемент в виде кубика 2, фотоприемное устройство в виде трехпло- щадочного фотоприемника 3, блок формировани  сигнала отметчика 4. В состав блока формировани  сигнала отметчика входит первый усилитель-формирователь 5, второй усилитель-формирователь 6, третий усилитель-формирователь 7, умножитель частоты 8, арифметическо-логическое устройство 9. в состав устройства 9 вход т счетчики 10 и 11, цифровой компаратор 12, одновибрато- ры 13 и 14, схема ИЛИ 15.

00

СА) СП

2

чэ

Сл

Отметчик КЛ работает следующим образом .

В кольцевом резонаторе 16 кольцевого лазера 1 распростран ютс  две встречные волны I и II. С помощью смесительной прмз- мы 17, создаетс  интерференционна  картина , котора , отража сь от зеркала 18, попадает через светоделитель 2 на фото- прмемник 19 и фотопрмемник 3, расположенный на неподвижном основании.

Таким образом, при отсутствии вращени , т.е. интерференционна  картина стационара , т.е. неподвижна.

При вращении КЛ интерференционна  картина перемещаетс  со скоростью, определ емой частотой биений. Рассто ние между соседними полосами L равно , Я L 27T0 где 1-длина волны излучени ;

п - показатель преломлени  призмы; в- отклонение угла при вершине призмы от 90°..

Следовательно, при использовании фотоприемника с размером чувствительной площадки много меньшим рассто ни  между полосами интерференционной картины, фиксируетс  скорость прохождени  максимумов интенсивности картины интерференции чувствительной площадкой фотоприемника 19. При посто нной угловой скорости вращени  КЛ на выходе фотоприемника 19 имеетс  синусоидальный сигнал, период которого Тим будет посто нен и равен

1

Тмм -

FP

Фотоприемник 3 фиксирует ту же самую интерференционную картину, что и фотоприемник 19, но так, как он расположен на неподвижном основании., то та же картина будет по вл тьс  на фотоприемнике 3 с периодом повторени  поворота ЮТ Т0б 2 тт. Количество прошедших полос будетопреде- л тьс  временем ТПр, которое много больше , чем Тим, так как угловой размер площадок фотоприемника 3 больше, чем угловой размер, соответствующий времени Тим Тпр (102...104) Тим. Это соотношение тем выше, чем больше длина периметра кольцевого лазера, Поскольку поле интерференционной картины движетс  по площадкам фотоприемника 3, то выходной сигнал на кра х площадки по амплитуде будет уменьшатьс  (фиг.Зб, в). Выходной сигнал первой или третьей площадок (в зависимости от направлени  вращени ) фотоприемника 3 показан на (фиг.З б), а второй на (фиг.Зв). Эти сигналы смещены друг

относительно друга на величину рассто ни  между площадками фотоприемника. Сигналы с трех выходов фотоприемника 3 поступают на входы первого, второго и третьего

усилителей-формирователей (фиг.2) 5, б, 7, где из аналогового сигнала формируютс  пр моугольные импульсы (фиг.З г,д). Следует отметить, что число импульсов в пачке М0 на первом, втором и третьем входах фото0 приемника будет одинаково ввиду того, что геометрические размеры светочувствительных площадок фотоприемника одинаковы и сделаны из одного материала, причем мгновенное изменение угловой скорости враще5 ни  КЛ не будет оказывать вли ние на количество импульсов в первой, второй и третьей пачке, так как размер площадок фотоприемника мал, также как и.рассто ние между ними, а огибающа  импульсов, следу0 ющих в пачке, будет симметрична относительно центра т жести пачки. При вращении КЛ, например, вправо пачка с числом импульсов Ыо (фиг.Зг) сформированна  усилителем формирователем 5 (фиг.2)

5 поступает через схему ИЛИ 15 на вход счетчика 11 арифметическо-логического устройства 9 (фиг.2). Пачка с числом импульсов N0 (фиг.Зд), сформированна  усилителем-фор- . мирователем 6, поступает на вход частоты 8

0 (фиг.2), умножитель частоты формирует пачку с числом импульсов 2 No (фиг.Зе). Импульсы с выхода умножител  частоты 7 (фиг.2) поступают на вход счетчика 10. Выходной цифровой код с выходов счетчиков

5 ю и 11 сравниваетс  в цифровом компараторе 12. В момент совпадени  кодов на входах цифрового компаратора уровень на выходе перебрасываетс  с высокого уровн , в низкий (фиг.Зж).

0 По перепаду импульса с выхода цифрового компаратора 12 одновибратор 14 формирует выходной импульс отметчика одного оборота (фиг.З з).

По перепаду импульса с выхода цифро5 вого компаратора 12 одновибратор 13 формирует импульс сброса счетчиков 10 и 11 (фиг.З и). Причем длительность импульса сброса больше времени 2 ТПр, т.е. . При вращении кольцевого лазера 1 вле0 во отметчик работает аналогично, с той лишь разницей, что счетчик 11 подсчитывает импульс от третьей площадки фотоприемника 3, сформированные усилителем-формирователем 7, т.е. при вращении

5 вправо или влево работают пары фотоплощадок (ФП1-ФП2) или (ФПЗ-ФП2).

Выше был подробно описан наиболее предпочтительный с точки зрени  конструктивной простоты вариант реализации отметчика одного оборота КЛ, в котором

оптическа  св зь фотоприемника отметчика и смесител  КЯ осуществл лась с помощью светоделител . Очевидно, что возможны и другие варианты технических решений, не выход щие за рамки насто щего предложе- ни , например, установка второго смесител  на другом зеркале, св занного только с фотоприемником отметчика, или вариант, когда с выхода единственного смесител  энергии с помощью волоконно-оптическо- го ответвител  поступает на упом нутые фотоприемники , а так же другие варианты, в которых необходимым условием достижени  положительного эффекта  вл етс  наличие оптической св зи между выходным смесителем КЛ и фотоприемником отметчика .

Использование предлагаемого отметчика обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества: устран ютс  погрешности, вызванные технологией изготовлени  призмы Кестерса, биением оси вращени  КЛ относительно неподвижного обосновани , тепловыми флук- туаци ми окружающей среды, а. так же нестабильностью источника света, кроме того уменьшаютс  габариты и конструкци  устройства.

Ф о р м у л в м з о б р е т е г и   .1. Отметчик одного оборота вращзюще- гос  кольцевого лазера с оптическим смесителем , содержащий источник rssvi:, фотоприемник, блок формирований сшва й отметчика, :шход фотоприемного устройства соединен с входом блока формировани  сигнала отметчика, отличающийс  т&м,

что, с целью повышени  точности и надежности , конструктивного упрощени  отметчика путем использовани  выходного информационного сигнала кольцевого лазера , фотоприемное у ройство выполнено в виде трехплощадочного фотоприемника, оптически св зываемого с выходом оптического смесител  кольцевого лазера, а блок формировани  сигнала отметчика выполнен в виде трех формирователей импульсов, умножител  частоты и трехвходового арифме- тическо-логического устройства, первый аыход трехплощадочного фотоприемника через первый формирователь импульсов соединен с первым входом арифметическо-логического устройства, второй выход фотоприемника через последовательно соединенные второй формирователь импульсов и умножитель частоты - с вторым входом арифметическо-логического устройства, третий выход трехплощадочного фотоприемника соединен с третьим входом армфметическо-логического устройства.

2, Отметчик пагт.1,отличающий- с   тем, что арифиетическо-логкческое уст- ройстзо выполнено в е-мде двух счетчиков со счетными ; упр;.злйющймм вводами, цифрового компаратора с дсум  входами, двух од- иовибраторов и схемы ИЛ$. причем входы М Фрозого компсрйторз через счегчики и И/1И оь о&ны с соответствующими эходйми зрифмепчческо-логическиго устройства , а выход компаратора через первый одновибоатор с-в- зан с выходом устройства, з через второй - с управл ющими входами счетчиксп.

faxfffSM

со со ел о

Јь

to