RU2284508C1

RU2284508C1 - Angular refractometer

Info

Publication number: RU2284508C1
Application number: RU2005114926/28A
Authority: RU
Inventors: Ольга Владимировна Вшивкова (RU); Ольга Владимировна Вшивкова; Игорь Владимирович Калугин (RU); Игорь Владимирович Калугин
Original assignee: Ольга Владимировна Вшивкова
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2006-09-27

Abstract

FIELD: measuring technique.

SUBSTANCE: angular refractometer comprises two light sources with pulse radiation at different wavelengths of the reflector, angular compensator, receiving optical system, double electrooptic modulator whose modulation frequency is less than that of the light, light splitter for splitting the light beam into two beams, two light filters, two photodetectors, and three electric channels. The information channel includes differential amplifier, measuring circuit for generation of information signal, servomotor for automatic control of movable member of the angular compensator, and refraction angle recorder. The channel for adaptation to instrument and atmospheric interference has splitting electric circuit whose input is connected with the output of the differential amplifier and electric circuit for generation of signals of adaptation and switching on of the servomotor. Third electric channel for automatic sighting has electric circuit for comparing photocurrents from the different parts of the image and generation of the control signal whose input is connected with the output of one of the photodetectors and servomotor.

EFFECT: enhanced precision.

1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при точных угловых измерениях в атмосфере.The invention relates to measuring technique and can be used for accurate angular measurements in the atmosphere.

Известно устройство для измерения атмосферной рефракции, реализующее дисперсионный принцип измерения, А. с. СССР №1763953, кл. G 01 N 21/41, 1989 г. Формирование сигналов адаптации и информации выполняется последовательно расположенными механическим модулятором с поочередным пропусканием полного светового изображения и части изображения, полупрозрачным зеркалом, двумя светофильтрами с пропусканием в коротковолновом и длинноволновом диапазонах и двумя фотоприемниками в разделенных светопотоках, дифференциальным усилителем электрических сигналов, двумя электрическими измерительными схемами. Основными недостатками указанного устройства являются: информация снимается с дифракционных, разноволновых световых изображений разного размера, информация о дисперсионной разности снимается только с части изображений разного размера, адаптация измерительного канала выполняется только с одного из фотоприемников, отсутствует автоматизация процесса измерений. Эти недостатки ведут к ограничению точности измерений.A device for measuring atmospheric refraction, which implements the dispersion principle of measurement, A. C. USSR No. 1763953, class G 01 N 21/41, 1989. The formation of adaptation signals and information is performed by sequentially arranged mechanical modulator with alternating transmission of the full light image and part of the image, a translucent mirror, two light filters with transmission in the short-wave and long-wave ranges and two photodetectors in separated light fluxes, differential an amplifier of electrical signals, two electrical measuring circuits. The main disadvantages of this device are: information is taken from diffraction, different-wavelength light images of different sizes, information about the dispersion difference is taken only from a part of images of different sizes, the adaptation of the measuring channel is performed only from one of the photodetectors, there is no automation of the measurement process. These deficiencies lead to limited accuracy.

Известно устройство для измерения атмосферной рефракции того же принципа, А. с. СССР №1681205, кл. G 01 N 21/41, 1989 г. (прототип). Устройство содержит два источника излучения световых импульсов, сдвинутых на полпериода, с различными длинами волн и расположенные по ходу излучения двухканальную коллимирующую оптическую систему, отражатель, компенсирующую призму с переменным преломляющим углом, приемную оптическую систему с видоискателем, полупрозрачное зеркало, диафрагму, перекрывающую часть изображения, два фотоприемника и две электрические измерительные схемы в разделенных световых потоках каналов адаптации и информации, исполнительную электрическую схему в канале адаптации и регистратор в канале информации.A device for measuring atmospheric refraction of the same principle, A. C. USSR No. 1681205, class G 01 N 21/41, 1989 (prototype). The device contains two sources of radiation of light pulses, shifted half a period, with different wavelengths and located along the radiation, a two-channel collimating optical system, a reflector, a compensating prism with a variable refractive angle, a receiving optical system with a viewfinder, a translucent mirror, an aperture that overlaps part of the image, two photodetectors and two electrical measuring circuits in the separated luminous fluxes of adaptation and information channels, an executive electrical circuit in adaptation channel and registrar in the information channel.

Основными недостатками этого устройства являются: информация снимается с дифракционных разноволновых световых изображений разного размера, в каналах адаптации и информации используются разные фотоприемники, информация снимается только с части изображений, отсутствует автоматизация процесса измерений. Перечисленные недостатки ведут к ограничению точности измерений.The main disadvantages of this device are: information is taken from different-wavelength diffraction light images of different sizes, different photodetectors are used in the adaptation and information channels, information is taken only from part of the images, there is no automation of the measurement process. These shortcomings lead to a limitation of measurement accuracy.

Целью изобретения является повышение точности измерения угла рефракции посредством введения в схему устройства элементов, устраняющих недостатки известного устройства: разномерность дифракционных изображений, использование разных фотоприемников в каналах адаптации и информации, снятие информации только с части изображения, отсутствие автоматизации.The aim of the invention is to increase the accuracy of measuring the angle of refraction by introducing elements that eliminate the disadvantages of the known device into the device circuit: the diffraction of the diffraction images, the use of different photodetectors in the adaptation and information channels, the removal of information from only part of the image, the lack of automation.

Цель изобретения достигается тем, что в устройство для измерения угловой рефракции, содержащее последовательно расположенные два источника излучения световых импульсов различных длин волн со схемами электрического питания, передающую оптическую систему, отражатель, компенсирующую призму с переменным преломляющим углом, приемную оптическую систему с видоискателем, полупрозрачное зеркало, два светофильтра и два фотоприемника, дифференциальный усилитель, две электрические измерительные схемы формирования сигналов адаптации и информации, и регистратор в канале информации, включены кольцевой светофильтр с пропусканием длинноволнового излучения, который установлен перед объективом приемной оптики, сдвоенный электрооптический модулятор, установленный на оптической оси приемной оптической системы перед полупрозрачным зеркалом, электрическая схема импульсного питания частей модулятора со сдвигом импульсов на полпериода и импульсов, управляющих схемами питания источников излучения, с частотой выше частоты модуляции, первый и второй выходы которой соединены со входами электрооптического модулятора, третий выход соединен с входами схем питания излучателей, в канал информации дополнительно включены электрическая схема питания серводвигателя подвижного элемента компенсирующей призмы с фиксацией угла вращения и угла рефракции, первый вход которой соединен с выходом электрической измерительной схемы канала информации, серводвигатель автоматического управления подвижным элементом компенсирующей призмы, вход которого соединен с выходом электрической схемы питания серводвигателя, в канал адаптации дополнительно введена разделительная схема, общий вход которой соединен с выходом дифференциального усилителя, два других входа соединены с первым и вторым выходами электрической схемы импульсного питания сдвоенного электрооптического модулятора, а выходы соединены со входами электрической измерительной схемы формирования сигнала адаптации, первый выход которой соединен со вторым входом схемы питания одного из источников излучения, а второй выход соединен со вторым входом электрической схемы питания серводвигателя подвижного элемента компенсирующей призмы, кроме этого, введен третий электрический канал автоматического визирования с последовательно соединенными электрической измерительной схемой формирования сигнала, управляющего питанием серводвигателя автоматического визирования, вход которой соединен с выходом одного из фотоприемников, серводвигатель автоматического визирования, второй вход питания которого соединен со вторым выходом электрической измерительной схемы формирования сигнала адаптации.The purpose of the invention is achieved in that in a device for measuring angular refraction, containing two sequentially emitting light pulses of various wavelengths with electrical power circuits, a transmitting optical system, a reflector, a compensating prism with a variable refractive angle, a receiving optical system with a viewfinder, a translucent mirror , two light filters and two photodetectors, a differential amplifier, two electrical measuring circuits for generating adaptation signals and inform In the data channel, and a recorder in the information channel, a ring filter with transmission of long-wavelength radiation is installed, which is installed in front of the receiving optics lens, a dual electro-optical modulator mounted on the optical axis of the receiving optical system in front of a semitransparent mirror, an electric circuit of pulse power supply of the modulator parts with a half-cycle of pulses and pulses controlling the power supply of radiation sources with a frequency higher than the modulation frequency, the first and second outputs of which are connected to the input electro-optical modulator, the third output is connected to the inputs of the emitter power circuits, the information channel additionally includes the power circuit of the servomotor of the moving element of the compensating prism with fixation of the rotation angle and angle of refraction, the first input of which is connected to the output of the electric measuring circuit of the information channel, the servomotor of automatic control of the movable element of the compensating prism, the input of which is connected to the output of the electric circuit of the servo motor power supply, in the adapt channel and an additional isolation circuit has been introduced, the common input of which is connected to the output of the differential amplifier, the other two inputs are connected to the first and second outputs of the pulse power supply circuit of the dual electro-optical modulator, and the outputs are connected to the inputs of the electrical measuring circuit for generating an adaptation signal, the first output of which is connected to the second the input of the power circuit of one of the radiation sources, and the second output is connected to the second input of the electric power circuit of the mobile servomotor element of the compensating prism, in addition, a third electric channel for automatic sighting is introduced with a series-connected electrical measuring circuit for generating a signal that controls the power of the servomotor of automatic sighting, the input of which is connected to the output of one of the photodetectors, a servomotor of automatic sighting, the second power input of which is connected to the second output of the electric measuring circuit for generating an adaptation signal.

Введенные новые элементы и связи устраняют ограничения по точности измерения. В кольцевом светофильтре с пропусканием длинноволнового излучения внешний диаметр делают равным диаметру объектива, а внутренний подбирают таким, чтобы дифракционные изображения коротковолнового и длинноволнового излучений были одного размера. При таком приеме дисперсионные разности не искажаются и при уходе разделительной плоскости электрооптического модулятора от центра изображений.Introduced new elements and relationships eliminate limitations on measurement accuracy. In a ring filter with transmission of long-wavelength radiation, the outer diameter is made equal to the diameter of the lens, and the inner one is selected so that the diffraction images of the short-wave and long-wave radiation are of the same size. With this technique, dispersion differences are not distorted even when the separation plane of the electro-optical modulator moves away from the center of the images.

Сдвоенный электрооптический модулятор с управляющими импульсами, сдвинутыми на полпериода, позволяет снимать информацию с обеих частей изображений, что ведет к повышению точности. Импульсное питание светоизлучателей с большей частотой, чем питание модулятора, позволяет выполнить эффективную фильтрацию помех на высокой частоте. После дифференциального усилителя, на каждый вход которого поданы сдвинутые на полпериода две пары пучков высокочастотных импульсов фототоков от двух частей изображений, получают дисперсионные разности в виде переменного тока, что позволяет выполнить оптимальную фильтрацию помех. Чередование положительных и отрицательных импульсов получается от того, что в частях изображений при наличии угловой дисперсии разности площадей разноволновых изображений имеют разный знак.A dual electro-optical modulator with control pulses shifted by half a period allows you to remove information from both parts of the images, which leads to increased accuracy. Pulse power of light emitters with a higher frequency than the power of the modulator allows efficient filtering of noise at a high frequency. After the differential amplifier, at each input of which two pairs of beams of high-frequency pulses of photocurrents from two parts of the images are shifted half a period, dispersion differences are obtained in the form of alternating current, which allows optimal filtering of interference. The alternation of positive and negative pulses results from the fact that in parts of the images in the presence of angular dispersion, the differences in the areas of the different-wavelength images have a different sign.

Серводвигатель автоматического управления подвижным элементом компенсирующей призмы, электрическая схема его питания с фиксацией угла вращения и угла рефракции автоматизируют процесс компенсации дисперсионной разности.The servomotor of automatic control of the moving element of the compensating prism, the electric circuit of its power supply with fixing the rotation angle and the angle of refraction automate the process of compensating the dispersion difference.

Разделительная схема в канале адаптации, работа которой управляется импульсами питания электрооптических модуляторов, разделяет положительные и отрицательные пучки импульсов после дифференциального усилителя. Разделенные пучки импульсов раздельно фильтруются от помех на высокой частоте излучения, усиливаются, суммируются электрической измерительной схемой канала адаптации. На выходе этой схемы получают разностный сигнал фототоков полных световых изображений разных длин волн излучений, этот сигнал воздействует на питание одного из излучателей. Этим действием вся схема измерений адаптируется к внутренним, приборным и внешним, атмосферным, изменениям.The separation circuit in the adaptation channel, whose operation is controlled by power pulses of electro-optical modulators, separates the positive and negative pulse beams after the differential amplifier. Separated beams of pulses are separately filtered from interference at a high frequency of radiation, amplified, summed by an electrical measuring circuit of the adaptation channel. At the output of this circuit, a difference signal of photocurrents of full light images of different wavelengths of radiation is obtained, this signal affects the power of one of the emitters. By this action, the entire measurement circuit adapts to internal, instrument and external, atmospheric changes.

Третий канал автоматического визирования позволяет автоматически держать изображения на разделительной линии сдвоенного электрооптического модулятора.The third channel of automatic sighting allows you to automatically keep images on the dividing line of a dual electro-optical modulator.

На втором выходе электрической измерительной схемы формирования сигнала адаптации появляется управляющий сигнал только при нулевом сигнале сравнения фототоков двух изображений. Этот сигнал включает серводвигатели компенсации дисперсионной разности и визирования и синхронизирует их работу.At the second output of the electrical measuring circuit for generating the adaptation signal, a control signal appears only when the signal for comparing the photocurrents of two images is zero. This signal turns on the servomotors for dispersion compensation and sighting and synchronizes their operation.

Автоматизация процессов адаптации, компенсации и визирования кроме ускорения и упрощения процесса измерений позволяет оптимально организовать измерения, работу всех блоков устройства, что ведет к повышению точности измерения угла рефракции.Automation of adaptation, compensation, and sighting processes, in addition to accelerating and simplifying the measurement process, optimally organizes measurements and the operation of all units of the device, which leads to an increase in the accuracy of measuring the angle of refraction.

На чертеже показаны: 1 и 2 - излучатели света в длинноволновом и коротковолновом диапазонах, 3 - коллимирующая передающая оптика, 4 - отражатель, 5 - компенсирующая призма (угловой компенсатор), 6 - кольцевой светофильтр в длинноволновом диапазоне, 7 - приемная оптика с видоискателем, 8 - сдвоенный электрооптический модулятор, 9 - полупрозрачное зеркало, 10 - светофильтры в коротковолновом и длинноволновом диапазонах, 11 - фотоприемники, 12 - дифференциальный усилитель, 13 - электрическая измерительная схема формирования информационного сигнала, 14 - электрическая схема питания серводвигателя подвижного элемента компенсирующей призмы с фиксацией угла вращения и угла рефракции, 15 - серводвигатель подвижного элемента компенсирующей призмы, 16 - разделительная схема, 17 - электрическая измерительная схема формирования сигнала адаптации, 18 - электрическая схема формирования сигнала, управляющего питанием серводвигателя автоматического визирования, 19 - серводвигатель автоматического визирования, 20 - регистратор угла рефракции, 21 - электрическая схема импульсного питания частей сдвоенного электрооптического модулятора и импульсов, управляющих питаниями источников излучения.The drawing shows: 1 and 2 - light emitters in the long and short wavelength ranges, 3 - collimating transmission optics, 4 - reflector, 5 - compensating prism (angular compensator), 6 - ring light filter in the long wavelength range, 7 - receiving optics with a viewfinder, 8 - dual electro-optical modulator, 9 - translucent mirror, 10 - light filters in the short-wave and long-wave ranges, 11 - photodetectors, 12 - differential amplifier, 13 - electrical measuring circuit for generating an information signal, 14 - electric the tertiary power supply circuit of the servomotor of the movable element of the compensating prism with fixing the rotation angle and the angle of refraction, 15 - the servomotor of the movable element of the compensating prism, 16 - the separation circuit, 17 - the electric measuring circuit of the formation of the adaptation signal, 18 - the electric circuit of the signal generation, which controls the power of the servomotor of automatic sighting , 19 - servomotor of automatic sighting, 20 - registrar of the angle of refraction, 21 - electric circuit of the pulse power supply of the double electric parts electro-optical modulator and pulses controlling the supply of radiation sources.

Измерения рефракции угловым рефрактометром выполняют в следующем порядке. Рефрактометр приводят в рабочее положение, с помощью видоискателя визируют на сформированное передающей оптикой 3 и отраженное отражателем 4 излучение источников 1, 2. На разделительную линию сдвоенного электрооптического модулятора 8 поступают изображения равного размера после кольцевого светофильтра 6 и приемной оптики 7. Фотокатоды фотоприемников 11 после полупрозрачного зеркала 9 и светофильтров 10 облучаются пучками световых импульсов, сдвинутых на полпериода. Электрическая схема импульсного питания сдвоенного электрооптического модулятора 21 формирует сдвиг на полпериода, она же формирует импульсы высокой частоты для управления питанием излучателей. Дифференциальный усилитель 12 усиливает разности фотоэлектрических сигналов и формирует их в пучки положительных и отрицательных импульсов, меняющиеся с частотой работы модулятора.Refraction measurements by an angle refractometer are performed in the following order. The refractometer is brought into working position, using the viewfinder, the radiation of sources 1, 2 is formed by the transmitting optics 3 and reflected by the reflector 4. Equal-sized images are received on the dividing line of the dual electro-optical modulator 8 after the ring filter 6 and receiving optics 7. Photocathodes of photodetectors 11 after translucent mirrors 9 and filters 10 are irradiated with beams of light pulses shifted by half a period. The electrical circuit of the pulsed power supply of the dual electro-optical modulator 21 forms a half-period shift, it also generates high-frequency pulses for controlling the power of the emitters. Differential amplifier 12 amplifies the differences of the photoelectric signals and generates them into beams of positive and negative pulses, changing with the frequency of the modulator.

Пучки положительных и отрицательных импульсов поступают на общий вход разделительной схемы 16, работа которой управляется теми же импульсами, что и электрооптический модулятор. Эта схема формирует два канала положительных и отрицательных сигналов. Эти сигналы фильтруются от помех, усиливаются и суммируются схемой 17. На первом выходе этой схемы получают разностный электрический сигнал от полных разноволновых световых изображений. Этот сигнал воздействует на питание одного из излучателей и адаптирует общую схему к внутренним и внешним воздействиям. На втором выходе схемы 17 электрический сигнал появляется только при уравненных сигналах обоих фотоприемников.Beams of positive and negative pulses are fed to the common input of the separation circuit 16, the operation of which is controlled by the same pulses as the electro-optical modulator. This circuit generates two channels of positive and negative signals. These signals are filtered out from interference, amplified and summed by the circuit 17. At the first output of this circuit, a differential electric signal is obtained from the full wavelength images. This signal affects the power of one of the emitters and adapts the general circuit to internal and external influences. At the second output of circuit 17, an electrical signal appears only with equalized signals from both photodetectors.

Сигнал после фотоприемника 11 поступает в электрическую схему 18, где фильтруется, усиливается, формируется разность сигналов от обеих частей изображения. Эта разность управляет работой серводвигателя автоматического визирования 19. Двигатель 19 включается сигналом со второго выхода схемы 17.The signal after the photodetector 11 enters the circuit 18, where it is filtered, amplified, the difference of the signals from both parts of the image is formed. This difference controls the operation of the automatic sight servomotor 19. The motor 19 is turned on by a signal from the second output of the circuit 17.

После усилителя 12 электрическая измерительная схема 13 фильтрует, усиливает переменный сигнал. Полученный сигнал управляет работой схемы 14 питания серводвигателя 15. Серводвигатель 15 включается сигналом, поступившим со второго входа схемы 17. Схема 14 отслеживает угол вращения серводвигателя 15 и фиксирует угол рефракции. Обороты серводвигателя перечислены в угол рефракции.After the amplifier 12, the electrical measuring circuit 13 filters, amplifies the alternating signal. The received signal controls the operation of the power supply circuit 14 of the servomotor 15. The servomotor 15 is turned on by the signal received from the second input of the circuit 17. The circuit 14 monitors the rotation angle of the servomotor 15 and fixes the angle of refraction. The revolutions of the servomotor are listed in the angle of refraction.

Claims

An angular refractometer containing two sources of radiation of light pulses of different wavelengths with electrical power circuits and sequentially located a transmitting optical system, a reflector, a compensating prism with a variable refractive angle, a receiving optical system with a video detector, a translucent mirror, two light filters and two photodetectors in separate light streams, differential amplifier, two electrical measuring circuits for generating adaptation and information signals, information recording circuit II, characterized in that it additionally includes a ring filter installed in front of the receiving optics lens with transmission of long wavelength radiation, the outer diameter of which is equal to the diameter of the lens of the receiving optical system, and the inner one is chosen so that the diffraction images of short wave and long wave radiation are of the same size, a dual electro-optical modulator, mounted on the axis of the receiving optical system in front of a translucent mirror, an electrical circuit for switching parts a modulator with a half-period shift and pulse generation with a frequency of a higher modulation frequency, controlling the power supply of radiation sources, the first and second outputs of which are connected to the inputs of the electro-optical modulator, the third output is connected to the inputs of the emitter power circuits, and a series-connected electric power supply circuit of a servomotor of a movable element is additionally included a compensating prism with fixing the rotation angle and the angle of refraction, the first input of which is connected to the output of an electric of the first information signal generating circuit, and a servomotor for automatically controlling the movable element of the compensating prism, an additional electrical isolation circuit is introduced, the common input of which is connected to the output of the differential amplifier, the other two inputs are connected to the first and second outputs of the pulse power circuit of the dual electro-optical modulator, and the outputs are connected with the inputs of an electrical measuring circuit for generating an adaptation signal, the first output of which is connected to the second input power supply circuits of one of the radiation sources, and the second output is connected to the second input of the power circuit of the servomotor of the movable element of the compensating prism, in addition, an electric channel for automatic sighting is introduced with series-connected electrical measuring circuit for generating a signal that controls the power of the servomotor of automatic sight, the input of which is connected to the output of one of the photodetectors, and a servomotor of automatic sighting, the second input of the power circuit a second output connected to the electrical measuring signal generating circuit adaptation.