SU1013999A1 - Оптико-электронный преобразователь угла поворота в электрический сигнал - Google Patents

Abstract

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОГОТА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИгаАЛ, содержащий излучатель, оптически соединенный через последовательно расположенные объектив, пол ризатор, модул тор фа15 ЕООЮЭЯАЯ f С. .,; .. ш, -,;j,i с tai с: п t,y. .-л зы с входом фотоприемника, четвертьволновую пластину и анализатор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и упрощени  преобразовател , в него введены- пьезогенератор, амплитудно-фазовый детектор, оптический фазосдвигатель и генератор напр жени , выход которого соединен с первым входом амппитудно-фазового детектора и входом пьезогенератора, жестко закрепленного на грани модул тора фазы, расположенной параллельно оптической оси, выход фотоприемника соединен с вторым входом амплитудно-фазового детектора, а оптический фазосдвигатель и анализатор расположены между модул тором фазы и фотоприемником . 2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а- (Л ю щ и и с   тем, что модул тор фазы выполнен в виде стекл нного параллелепипеда. г .9 хО 11 П СО со со со

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам , обесточивающим индикацию углов поворота контролируемого объекта относительно базового BOKpyi оси скручивани  (линии, соедан ющей даа объекта), и может примен тьс  в станкостроении и геодезии.

Известен оптико-электронный преобразователь угла поворота в электрический сигнал, содержащий излучатель, пол ризатор, модул тор Фараде , соединенный с генератором напр жени , анализатор, фотоприемник, регистрирующий блок 1.

Недостатком устройства  вл етс  то, что при изменени х параметров питани  и температуры , а также наличии остаточных нат же}шй в оптически активном веществе модул тора ось симметрии раскачки измен ет свое положение. Это ведет к дрейфу нул , т.е. к понижению точности. В модул торах Фараде  получить амплитуду раскачки плоскости пол ризации бопее 1-1,5° практически невозможно . А так как сигнал поворота пропорционален амплитуде раскачки, то практически невозможно получить высокую чувствительность , а следовательно, и точность. Необходимость исключени  больщих нат жений в. сердеадшке модул тора усложн ет технологию изготовлени , а необходимость использовани  больших токов в кату1нке модул тора усложн ет конструкцию.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  оптико-электронный преобразователь угла поворота в электрический сигнал, содержащий излучатель, светоделитель , фотоприемник, пол ризатор с анализатором , между которыми установлены четверволнова  пластина и пластина 1/8 длины волны , оптические оси пластин-.направлены под углом 1 плоскости пол ризации пол ризатора и два модул тора фазы в виде  чеек Поккельса. Выход фотоприемника соединен через фильтр с цифровым счетчиком временного интервала. В этом устройстве измерение угла поворота анализатора осуществл етс  измерением сдвига фазы сигнала, сформированного оптической схемой относительно фазы напр жени  модул ции на  чейке Поккельса. При этом величина сдвига фазы соответствует половине величины углового поворота анализатора . Сдвиг фазы между напр жением измер етс  цифровым счетчиком временного интервала 2.

Недостатком устройства  вл етс  то, что положение оптических осей  чеек Поккельса не  вл етс  равномерным по всему полю и посто т ьш во времени. Например, в  чейках Поккельса под действием электрического пол  модул тора происходит нагрев кристаллов . Выделение тепла происходит во всем объеме кристалла, а охлаждение лищь на поверхности . Это приводит к температурным градиентам и возникновению неоднородных по сечению кристалла деформаций, которые привод т к повороту оптических осей (причем в разных зонах по-разному), что приводит к дополнительному сдвигу фазы и, следовательно , дополнительной погреишости.

Точность измерени  ухудщаетс  также иэ-за дрейфа фазы напр жени  сигнала в результате нестабильности фазового сдвига фотоприемника и фильтра.

Кроме того, дл   чеек Поккельса требуетс  высоковольтное питание (10-20 кВ). Электрооптические кристаллы, примен емые в этих  чейках (модул торах), технологически сложны , в особенности с размерами более ф 10мм. Кристалль с такими размерами наиболее час0 то требуютс  дп  использовани  в реальных приборах.

Поступающий на фотоприемник сигнал содержит ,- кроме информационной составл ющей также побочные составл ющие сигнала, дл  исключени  которых требуютс  дополнительные фильтры. Все это усложн ет конструкцию и технологию изготовлени  устройства.

Целью изобретени ,  вл етс  повыщение точности и упрощение преобразовател . 0 Поставленна  цель достигаетс  тем, что в оптико- электронный преобразователь угла поворота в электрический сигнал, содержащий излучатель, оптически соединенный через последовательно расположенные объектив, пол 5 ризатор, модул тор фазы с входом фотоприемника , четвертьволновую пластину и анали3atop , введены пьезогенератор, амплитудно-фазофазовьш детектор,, оптический фазосдвигатель и генератор напр жени , выход которого сое0 динен с первым входом амплитудно-фазового детектора и входом пьезогенератора, жестко закрепленного на грани модул тора фазы, расположенной параллельно оптической оси, выход фотоприемника соединен с вторым входом амплитудно-фазового детектора, а оптический фазосдвигатель и анализатор расположены между модул тором фазы и фотоприемником .

При этом модул тор фазы выполнен в виQ де стекл нного параллелепипеда.

На фиг. 1 изображена структурна  схема преобразовател ; на фиг. 2 - положение оптических осей и плоскостей пол ризации элементов преобразовател .

55 Преобразователь содержит излучатель 1, объектив 2, пол ризатор 3, четвертьволновую пластину 4, модул тор 5 фазы, выполненный в виде стекл нного параллелепипеда, пьезогенератор 6, генератор 7 напр жени , оптичес3 кий фазосдвигатель 8, анализатор 9, объектив 10, фотоприемник П, амплитудно-фазовый детектор 12. На фиг. 2 обозначено: 13 - положение пл кости пол ризации пол ризатора, 14 - полож ние оптической оси четвертьволновой пласти-ны , 15 положение оптической оси модул тора фазь1, 16 - положение оптической оси оптического фазосдвигател , 17 - положение плоскости пол ризации анализатора. Оптическа  ось четвертьволновой пластины 4расположена под углом 7С/4 к плоскости пол ризации пол ризатора 3. Оптическа  ось модул тора 5 фазы (ось резонатора) располо жена под углом 7С/4 к оптической оси оптического фазосдвигател  8 и параллельно плоскости пол ризации анализатора 9. Оптичес ка  ось фазосдвигател  8 расположена под уг лом ЯГ/4 к плоскости пол ризации анализатора 9 и оси модул тора 5 фазы. Пьезогенератор 6 Жестко соединен (например, приклеен ) с гранью стекл нного параллелепипеда па раллельной оптической оси и преобразовьшает злектрическую знергию в звуковые волны. Размеры параллелепипеда (вдоль направлени  распространени  звука) --выполн ютс  кратными половине длины волны звука, создаваемого пьезогенератором 6. В зтом случае образуетс  резонатор колебаний, работающий; на частоте собственного механического резонанса . Оптический фазосдвигатель 8 вьшоднен с фазовым сдвигом более 100 .(эле- l мент, вызывающий разницу фаз между волнами , вышедщими из него, равную более 50 длин волн). Такие элементы изготовл ютс  из анизотропных материалов в виде пластин, вырезанных параллельно оптической Оси. Фазовый сдвиг обеспечиваетс  толщиной пластины, например дл  кварца пластина с фазовым сда гом более lOOTZ -«должна быть более 5 мм. Световой поток от излучател  1, пройд  объектив 2, пол ризатор 3, пол ризуетс  в направлении плоскости пол ризации пол ризатора 3. Четвертьволнова  пластина 4 преобраз ет линейно пол ризационное излучение в циркул рно пол ризованное. После модул тора 5фазы излучение содержит две составл ющие с взаимно ортогональными направлени ми плоскости пол ризации (вдоль оптической оси и перпендикул рно ей). Фаза светового излучени  одной из составл ющих измен етс  по отнощению к другой с частотой изменени  фазы модул тора. В св зи с тем, что излучение  вл етс  смесью злектромагнитных волн разной длиной волны, на выходе оптического фазосдвигател  8 образуетс  смесь волн с раз 99 ным состо нием пол ризации, разными знака- ми и фазами. При суммировании зтих волн образуетс  излунение, состо щее из двух частей с {ивными амплитудами со строго взаимно перпендикул рными направлени ми плоскостей пол ризации (вдоль оптической оси фазосдвигател  8 и перпендикул рно ей). Фазы световых волн зтих составл ющих непрерывно измен ютс  друг относительно друга (с частотой звуковых колебаний). Если оптическа  ось фаэосдвигател  строго расположена под углом ftj А к плоскости пол ризации анализатора 9, то через него проход т две части излучени  (проекции двух частей излечени , вышедцшх из фазосдвигател  8) одинаковые по амплитуде. Суммарный световой поток не мО дулирован и на выходе фотоприемника сиг- . нал отсутствует. При повороте анализатора 9 относительно оптического фазосдвигател  8 на угол ± об одна из составП ющих больще и на выходе фотоприемника возникает злектрический сигнал поворота, амплитуда которого пропорциональна величине угла поворота, а фаза определ етс  знаком угла. При изменении знака угла фаза сигнала мен етс  на 180° по отнощению к фазе сигнала , поступающего с модул тора. Сигнал поворота поступает на один из входов амплитудно-фазового детектора 12. .. В известном преобразователе сдвиг фазы сигнала, возникающий в оптическом тракте в св зи с возникновением неоднородных по сечению кристалла деформаций при нагреве  чейки Поккельса и в св зи с нестабильностью фазового сдвига в фотоприемнике и фильтре, приводит к пр мой ощибке измерени  углового поворота. В предлагаемом преобразователе вли ние нестабильности фазы сигнала на точность сигнала практически отсутствует, так как нестабильность фазы не вызывает изменени  знака вь1ходного сигнала, т.е. не приводит . к дрейфу нул , а только может незначительно уменьщить уровень сигнала., Точность предлагаемого преобразовател  определ етс  только Уровнем щумов фотоприемника , а конструкци  и технологи  его изготовлени  упрощаетс , так как отпадает необходи юсть использовани  в модул торе фазы высококачественных злектрооптических кристаллов , вместо которых использовано стекло, и не требуетс  высокого напр жени  дл  питани  модул тора 5 фазы, что также упрощает преобразователь. Технико-зкономический зффект от испвльзовани  изобретени  обусловлен его техническими особешюст ми.

0

Claims (2)

1. ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ, содержащий излучатель, оптически соединенный через последовательно расположенные объектив, поляризатор, модулятор фа зы с входом фотоприемника, четвертьволновую пластину и анализатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности й упрощения преобразователя, в него введены пьезогенератор, амплитудно-фазовый детектор, оптический фазосдвигатель и генератор напряжения, выход которого соединен с первым входом амплитудно-фазового детектора и входом пъезогенератора, жестко закрепленного на грани модулятора фазы, расположенной параллельно оптической оси, выход фотоприемника соединен с вторым входом амплитудно-фазового детектора, а оптический фазосдвигатель и анализатор расположены между модулятором фазы и фотоприемником.
2. 2. Преобразователь по π. 1, о т л и лающи й с я тем, что модулятор фазы выполнен в виде стеклянного параллелепипеда.