RU1841083C

RU1841083C - Transducer of two turn angles of two objects

Info

Publication number: RU1841083C
Application number: SU3159320/28A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Борисович Пасько; Юрий Павлович Фролов; Василий Федорович Якушко; Владимир Александрович Даневич; Сергей Николаевич Колесник
Original assignee: Государственное Предприятие "Научно-Исследовательский Институт "Квант"
Priority date: 1986-12-30
Filing date: 1986-12-30
Publication date: 2015-05-27

Abstract

FIELD: instrumentation.

SUBSTANCE: invention relates to instrumentation, particularly, to turn angle transducers. This transducer comprises transmitting and receiving units. Transmitting unit comprises linearly polarised radiation source, quarter-wavelength plate, polariser and micro objective-lens, all being arranged in one optical axis. Receiving unit comprises micro objective-lens, quarter-wavelength plate, analyser, diaphragm and photo receiver as a recorder. Transmitting and receiving units are arranged turn in synchronism and coupled by single-mode waveguide that preserves said single-mode polarisation of propagating radiation. Polarisation plane of radiation fed into waveguide is directed along one of polarisation main axes, waveguide ends being rigidly secured in said units.

EFFECT: measurement of twisting angles of both objects located outside direct visibility, higher level of protection against atmospheric interference.

2 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к измерителям углов поворота объектов, и может быть использовано для измерения углов скручивания двух подвижных объектов, расположенных вне прямой видимости.The invention relates to a control and measuring technique, namely to measuring angles of rotation of objects, and can be used to measure the torsion angles of two moving objects located out of direct line of sight.

В настоящее время весьма актуальной является задача измерения и контроля углов скручивания двух объектов, расположенных вне прямой видимости, например объектов, расположенных на надводном носителе.Currently, the task of measuring and controlling the torsion angles of two objects located out of direct line of sight, for example, objects located on a surface carrier, is very urgent.

Известна поляризационные коллиматоры, содержащие передающий и приемный блоки, в которых измерение углов скручивания двух объектов производится на основе поляризационного принципа /см. книгу И.И. Капичина "Оптико-электронные углоизмерительные системы", Киев, "Техника", 1986, стр. 97, 98/.Known polarization collimators containing transmitting and receiving units, in which the measurement of the torsion angles of two objects is based on the polarization principle / cm. book I.I. Kapichina "Optoelectronic angle measuring systems", Kiev, "Technique", 1986, p. 97, 98 /.

Недостатком таких поляризационных коллиматоров является невозможность измерения углов скручивания двух объектов, расположенных вне прямой видимости, а также незащищенность от помех атмосферного воздействия, например, пыли, тумана, дыма, аэрозолей, которые могут попадать в световой луч, соединяющий передающий блок с приемным, и вносить помехи в работу поляризационных коллиматоров.The disadvantage of such polarization collimators is the impossibility of measuring the torsion angles of two objects located out of direct line of sight, as well as the insecurity from atmospheric interference, for example, dust, fog, smoke, aerosols, which can get into the light beam connecting the transmitting unit to the receiving one, and introduce interference into the work of polarizing collimators.

Целью изобретения является создание устройства для измерения углов поворота двух подвижных объектов, расположенных вне прямой видимости, и уменьшение воздействия помех атмосферных факторов на его работу.The aim of the invention is to provide a device for measuring the rotation angles of two moving objects located out of direct line of sight, and to reduce the impact of atmospheric interference on its operation.

Эта цель достигается применением известной установки для измерения поляризационных характеристик одномодовых волоконных световодов в качестве датчика углов поворота двух подвижных объектов /см. статью А.Н. Гурьянова и др. "Поляризационные свойства одномодовых и маломодовых волоконных световодов", журнал "Радиотехника", 1982, т. 37, №2, стр. 27/.This goal is achieved by using the well-known installation for measuring the polarization characteristics of single-mode optical fibers as a sensor of the rotation angles of two moving objects / cm. article by A.N. Guryanova et al. "Polarization properties of single-mode and low-mode fiber optical fibers", the journal "Radio Engineering", 1982, v. 37, No. 2, p. 27 /.

Заявляемое устройство, состоящее в применении известной установки по новому назначению, обладает новым свойством, заключающимся в возможности измерения углов поворота двух подвижных объектов, расположенных вне прямой видимости, а также меньшим влиянием атмосферы на его работу. Новизна и проведенный поиск по научно-технической и патентной литературе позволяют сделать вывод, что заявляемое устройство соответствует критерию "существенные отличия".The inventive device, consisting in the application of the known installation for a new purpose, has a new property, consisting in the possibility of measuring the rotation angles of two moving objects located out of direct visibility, as well as a lesser effect of the atmosphere on its operation. The novelty and the search in the scientific, technical and patent literature allow us to conclude that the claimed device meets the criterion of "significant differences".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 приведена схема первого варианта устройства;in FIG. 1 shows a diagram of a first embodiment of the device;

на фиг. 2 приведена схема второго варианта устройства.in FIG. 2 shows a diagram of a second embodiment of the device.

Установка для измерения поляризационных характеристик одномодовых волоконных световодов содержит /см. фиг. 1/. последовательно расположенные на оптической оси источник 1 линейно-поляризованного излучения /например, He-Ne лазер/, четвертьволновую пластинку 2, поляризатор 3, микрообъектив 4 ввода излучения в световод, входной торец 5 световода, одномодовый волоконный световод 6, сохраняющий линейную поляризацию распространяющегося излучения, выходной торец 7 световода, микрообъектив 8 вывода излучения со световода, четвертьволновую пластинку 9, анализатор 10, диафрагму 11, фотоприемник-регистратор 12.The installation for measuring the polarization characteristics of single-mode optical fibers contains / cm. FIG. one/. a linearly polarized radiation source 1 sequentially located on the optical axis / for example, a He-Ne laser /, a quarter-wave plate 2, a polarizer 3, a micro-lens 4 for introducing radiation into the fiber, the input end 5 of the fiber, a single-mode fiber 6, preserving the linear polarization of the propagating radiation, output end 7 of the optical fiber, micro-lens 8 of the output of radiation from the optical fiber, quarter-wave plate 9, analyzer 10, aperture 11, photodetector-recorder 12.

Для измерения углов поворота двух подвижных объектов на первом объекте располагают источник 1 линейно-поляризованного излучения, четвертьволновую пластинку 2, поляризатор 3, микрообъектив 4, входной торец 5 световода 6, которые жестко закрепляют в передающем блоке 13, причем четвертьволновой пластинкой 2 и поляризатором 3 ориентируют плоскость поляризации излучения вдоль одной из главных осей световода 6, и на втором объекте располагают выходной торец 7 цветовода 6, микрообъектив 8, четвертьволновую пластинку 9, анализатор 10, диафрагму 11, приемник-регистратор 12, которые жестко закрепляют в приемном блоке 14, причем ориентируют четвертьволновую пластинку 9 под углом 45° главных осей к начальному положению плоскости поляризации выходного из световода 6 излучения, а анализатор 10 ориентируют под фиксированным углом его плоскости пропускания /например, угол равен 0°/ к одной из главных осей четвертьволновой пластинки 9. Когда плоскость поляризации входящего в световод излучения совпадает с одной из главных осей световода, то сохраняется высокая степень поляризации выходного излучения /см. указанную статью А.Н. Гурьянова/. Для упрощения устройство датчика выполняют без четвертьволновых пластин и поляризатора /см. фиг. 2/. При этом выходной торец 5 световода ориентируют так, чтобы одна из его главных плоскостей совпадала с плоскостью поляризации излучения источника 1, а плоскость пропускания анализатора ориентируют под фиксированным углом /например, под углом 45°/ к начальной плоскости поляризации выходного из световода 6 излучения. Для уменьшения чувствительности состояния поляризации в одномодовом волоконном световоде к внешним воздействиям световод выполняют с сильным двулучепреломлением /см. указанную статью А.Н. Гурьянова/.To measure the rotation angles of two moving objects, a linearly polarized radiation source 1, a quarter-wave plate 2, a polarizer 3, a micro lens 4, an input end 5 of the optical fiber 6, which are rigidly fixed in the transmitting unit 13, are positioned on the first object, and the quarter-wave plate 2 and the polarizer 3 are oriented the plane of polarization of radiation along one of the main axes of the fiber 6, and on the second object there is an output end 7 of the flower grower 6, a micro lens 8, a quarter-wave plate 9, an analyzer 10, an aperture 11, nick-recorder 12, which are rigidly fixed in the receiving unit 14, and orient the quarter-wave plate 9 at an angle of 45 ° of the main axes to the initial position of the plane of polarization of the radiation output from the optical fiber 6, and the analyzer 10 is oriented at a fixed angle of its transmission plane / for example, the angle is 0 ° / to one of the main axes of the quarter-wave plate 9. When the plane of polarization of the radiation entering the fiber coincides with one of the main axes of the fiber, a high degree of polarization of the output I / cm. the specified article by A.N. Guryanova. To simplify, the sensor device is performed without quarter-wave plates and a polarizer / cm. FIG. 2 /. In this case, the output end face 5 of the fiber is oriented so that one of its main planes coincides with the plane of polarization of the radiation of source 1, and the transmission plane of the analyzer is oriented at a fixed angle (for example, at an angle of 45 °) to the initial plane of polarization of the output from the fiber 6 of the radiation. To reduce the sensitivity of the polarization state in a single-mode fiber to external influences, the fiber is made with strong birefringence / cm. the specified article by A.N. Guryanova.

Ориентация плоскости поляризации линейно-поляризованного излечения, заданная передающим блоком 13, передается на приемный блок 14 одномодовым волоконным световодом 6 без изменения /см. заявку ЕВП /ЕР/ №0067017 опубл. 15.12.82 г.; см. указанную статью А.Н. Гурьянова; см. статью В.В. Григорьянца и др. в журнале "Радиотехника", 1982 г., т.37, №2, стр.26-29/. В начальном положении объектов в приемном блоке 14 на фотоприемник-регистратор 12 падает световой поток определенной интенсивности. При изменении угла скручивания объектов ориентация плоскости поляризации выходного излучения со световода 6 по отношению к элементам приемного блока 14 изменится, и интенсивность светового потока на фотоприемнике изменится, что зарегистрируется регистратором. При этом изменения угла γ скручивания объектов в определенном интервале (например, при фиксированном угле, равном 0° между плоскостью пропускания анализатора 10 и одной из главных осей четвертьволновой пластинки 9 для первого варианта устройства, интервал угла γ от -45° до 45°) однозначно связаны с показаниями регистратора. Таким образом, по показаниям регистратора можно определять /измерять/ углы скручивания двух подвижных объектов. Так как передающий и приемный блоки связаны волоконным световодом, то блоки можно устанавливать на объектах, расположенных вне прямой видимости или на разных высотах. Для повышения точности измерения углов скручивания источник линейно-поляризованного излучения /например, He-Ne лазер/ выполняют стабилизированным по выходной мощности излучения.The orientation of the plane of polarization of the linearly polarized cure, given by the transmitting unit 13, is transmitted to the receiving unit 14 by a single-mode optical fiber 6 without changing / cm. Application ЕВП / ЕР / No. 0067017 publ. 12/15/82; see the indicated article by A.N. Guryanova; see article V.V. Grigoryantsa and others in the journal "Radio Engineering", 1982, T. 37, No. 2, p. 26-29 /. In the initial position of the objects in the receiving unit 14, a luminous flux of a certain intensity falls on the photodetector-recorder 12. When you change the angle of twisting of the objects, the orientation of the plane of polarization of the output radiation from the fiber 6 with respect to the elements of the receiving unit 14 will change, and the intensity of the light flux at the photodetector will change, which will be registered by the registrar. In this case, changes in the angle γ of twisting of objects in a certain interval (for example, at a fixed angle equal to 0 ° between the transmission plane of the analyzer 10 and one of the main axes of the quarter-wave plate 9 for the first embodiment of the device, the interval of the angle γ from -45 ° to 45 °) is unambiguous associated with the testimony of the registrar. Thus, according to the testimony of the registrar, it is possible to determine / measure / the twist angles of two moving objects. Since the transmitting and receiving blocks are connected by a fiber waveguide, the blocks can be installed on objects located out of direct line of sight or at different heights. To increase the accuracy of measuring the torsion angles, a linearly polarized radiation source (for example, a He-Ne laser) is made stabilized by the output radiation power.

Работает устройство следующим образом. Линейно-поляризованное излучение источника 1 попадает на четвертьволновую пластинку 2 и превращается в циркулярно-поляризованное, из которого поляризатор 3 выделяет линейно-поляризованное излечение с плоскостью поляризации, совпадающей с одной из главных осей световода 6. Затем излучение фокусируется микрообъективом 4 на входном торце 5 световода 6, который передает линейно-поляризованное излучение без изменения плоскости поляризации на выходной торец 7. Далее микрообъективом 8 излучение направляется на четвертьволновую пластинку 9 и превращается в циркулярно-поляризованное в начальном положении двух подвижных объектов или эллиптически поляризованное при измерении угла скручивания объектов. Затем анализатором 10 выделяется линейно-поляризованная составляющая излучения, плоскость поляризации которой совпадает с плоскостью пропускания анализатора 10. Излучение проходит диафрагму 11 и попадает на фотоприемник-регистратор 12, который регистрирует интенсивность падающего излучения. При изменении угла скручивания двух подвижных объектов регистрируемая интенсивность уменьшается либо увеличивается в зависимости от направления угла скручивания объектов и однозначно связана со значением угла γ скручивания объектов в пределах угла γ от -45° до 45°.The device operates as follows. The linearly polarized radiation of the source 1 enters the quarter-wave plate 2 and turns into a circularly polarized one, from which the polarizer 3 extracts a linearly polarized cure with a plane of polarization coinciding with one of the main axes of the optical fiber 6. Then the radiation is focused by a micro-lens 4 on the input end 5 of the optical fiber 6, which transmits linearly polarized radiation without changing the plane of polarization to the output end 7. Next, with a micro-lens 8, the radiation is directed to a quarter-wave plate 9 and p evraschaetsya into circularly polarized in the initial position of two moving objects or elliptically polarized when measuring the angle of twisting objects. Then, the analyzer 10 selects a linearly polarized component of the radiation, the plane of polarization of which coincides with the transmission plane of the analyzer 10. The radiation passes through the diaphragm 11 and enters the photodetector-recorder 12, which registers the intensity of the incident radiation. When the twist angle of two moving objects changes, the recorded intensity decreases or increases depending on the direction of the twist angle of the objects and is uniquely related to the value of the twist angle γ of the objects within the angle γ from -45 ° to 45 °.

Использование установки для измерения поляризационных характеристик одномодовых волоконных световодов в качестве датчика углов поворота двух объектов позволит измерять углы поворота двух подвижных объектов, расположенных вне прямой видимости, а также уменьшить воздействие помех атмосферных факторов, например, таких как пыль, туман, дни, аэрозоли, на его работу, кроме того, позволит измерять или контролировать углы скручивания объектов в реальном времени и в широком диапазоне углов. Заявляемое устройство не имеет подвижных элементов и не сложно в изготовлении.Using the installation for measuring the polarization characteristics of single-mode optical fibers as a sensor of the rotation angles of two objects will make it possible to measure the rotation angles of two moving objects located out of direct visibility, as well as reduce the influence of interference from atmospheric factors, such as dust, fog, days, aerosols, by his work, in addition, will allow you to measure or control the torsion angles of objects in real time and in a wide range of angles. The inventive device does not have movable elements and is not difficult to manufacture.

Claims

The rotation angle sensor of two objects, comprising a transmitting unit including a linearly polarized radiation source sequentially located on the optical axis, a quarter-wave plate, a polarizer and a micro lens, and a receiving unit including a micro lens, a quarter-wave plate, an analyzer, aperture, and a photodetector, characterized in that, in order to increase the information content and noise immunity of the sensor, it is equipped with a single-mode fiber optic fiber that preserves the linear polarization of the propagating radiation, hydrochloric end of the fiber is rigidly fixed at the transmitter unit so that the plane of polarization of the incoming radiation into the optical fiber is oriented along one of the principal axes of the fiber, and the output end is rigidly secured in the receiving unit, the two units are mounted for mutual rotation.