SU1060938A1

SU1060938A1 - Device for measuring object turn angle

Info

Publication number: SU1060938A1
Application number: SU813279850A
Authority: SU
Inventors: Вячеслав Андреевич Сойту; Лев Захарович Дич; Юрий Сергеевич Скворцов
Original assignee: Предприятие П/Я А-1705
Priority date: 1981-04-27
Filing date: 1981-04-27
Publication date: 1983-12-15

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ . УГЛА ПОВОРОТА ОНЬЕКТА, содержащее источник излучени , двухлучевой интерферометр , преобразователь угла поворота и регистрирукмдий блок, от ли ч а ю щ её с тем, что, с целью расширени диапазона- измер емых углов, оно снабжено светоделителем и пр моугольной призмой, установленными на выходе излучени Zik/f l7 22 из источника, вторым двухлучевым интерферометром, установленным в световом потоке, отраженном от светоделител , преобразователь угла поворота вьтолнен в виде оптического клина и установлен на одном валу с контролируемым объектом, соосно с ним, оба интерферометра выполнены идентично и каиодый из них включает оптически св занный светоделитель, в одном потоке излучени от которого расположены пр моугольна призма, кольцевой отражатель и призма-триэдр , а в другом - втора и треть пр моугольные призмы, кольцевой отражётель и призма-триэдр,,а пара призм-триэдров каждого интерферометра неподвижно располагаетс мегкду (Л контролируемым объектом и оптическим клином на равном рассто нии от оси вращени вала. g 05 о CD ОЭ OODEVICE FOR MEASUREMENT. AN ON-POINT ROTATION ANGLE, containing a radiation source, a two-beam interferometer, a rotation angle transducer and a recorded unit, which is so that, in order to expand the range of measured angles, it is equipped with a beam splitter and a right-angle prism installed at the output Zik / f l7 22 radiation from the source, the second two-beam interferometer installed in the light flux reflected from the beam splitter, the rotation angle transducer is filled in the form of an optical wedge and mounted on the same shaft with the object being monitored m, coaxially with it, both interferometers are identical and each of them includes an optically coupled beam splitter, in one radiation flux from which a rectangular prism, an annular reflector and a prism-trihedron are located, and in the other - a second and third rectangular prism, an annular the diffuser and prism-trihedron, and a pair of prism-trihedrons of each interferometer are stationary megqda (L controlled object and optical wedge at equal distance from the axis of rotation of the shaft. g 05 o CD OE OO

Description

Изобретение относитс к измерительной технике, а точнее к интерференционным устройствам дл измерени угла врсэдени объектов, и может быть использовано в качестве прецизионного датчика угловых перемещений .The invention relates to a measurement technique, and more specifically to an interference device for measuring the angle of incidence of objects, and can be used as a precision angular displacement sensor.

Известно устройство дл измере-г йй угла поворота объекта, содержащее источник излучени , двухлучевой интерферометр, преобразователь угла- поворота и регистрирующий блок В- Качестве, преобразовател угла поворота в указанном устройстве испЬльэован набор цилиндрических кварцевых дисков, который св зан жестко с осью вращени контролируемого объекта, благодар чему обеспечиваетс измерение угла вращени до 360 ri более ClJ.A device is known for measuring the angle of rotation of an object, containing a radiation source, a double-beam interferometer, an angle-rotation converter and a recording unit B-Quality, a rotation angle converter in the specified device, a set of cylindrical quartz disks is connected, which is fixed rigidly to the axis of rotation of the object being monitored. whereby the measurement of the rotation angle to 360 ri over ClJ is provided.

Недостатком устройства вл етс небольшой диапазон измер емых углов вследствие малой чувствительности кварцевых дисков к изменению относительной разности хода информационных лучей при их вращении и нелинейности этого изменени , котора практически не поддаетс коррекции,The drawback of the device is the small range of measured angles due to the low sensitivity of quartz disks to a change in the relative difference of the motion of the information rays during their rotation and the nonlinearity of this change, which is almost not corrected,

Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство дл измерени угла поворота объекта, содержащее i источник излучени ,: двухлучевой интерферометр , йрёобразователь угла поворота и регистрирующий блок C2J.The closest to the present invention is a device for measuring the angle of rotation of an object, containing i an radiation source: a two-beam interferometer, a rotation angle detector, and a recording unit C2J.

В качестве преобразовател угла поворота в известном устройстве использованы плоские концевые отражатели , которые жестко св зываютс с осью вращени контролируемого объекта .In the known device, flat end reflectors are used as a transducer of the angle of rotation, which are rigidly connected to the axis of rotation of the object being monitored.

Недостатком известного устройства вл етс небольшой диапазон измерени угла вращени контролируемых объектов, который ограничиваетс угловым полем зрени зрительной трубы и как правило не превышает . единиц угловыхградусов,A disadvantage of the known device is the small range of measurement of the angle of rotation of the controlled objects, which is limited by the angular field of view of the telescope and, as a rule, does not exceed. units of angles,

Цель изобретени - расширение диапазона измер емых углов.The purpose of the invention is to expand the range of measured angles.

Указанна цель достигаетс тем, что устройство дл измерени угла поворота объекта, содержащее источник излучени , двухлучевой интерферометр . Преобразователь, угла поворота и регистрирующий блок, снабжено светоделителем и пр моугольной призмой, установленными на выходе излучени из источника, вторым двухлучевым интерфе1рометром, установленным в световом потоке, отраженном от светоделител , преобразователь угла поворота выполнен в виде оптического клина и установлен на одном валу с контролируемым объектом, соосно с ним, оба интерферометра выполнены идентично и каждый из них йклк1чает оптическиThis goal is achieved by the fact that a device for measuring the angle of rotation of an object, containing a radiation source, is a two-beam interferometer. The transducer, the rotation angle and the recording unit are equipped with a beam splitter and a rectangular prism installed at the output of the radiation from the source, a second two-beam interferometer installed in the light flux reflected from the beam splitter, the rotation angle transducer is made in the form of an optical wedge and mounted on the same shaft with a controlled the object, coaxially with it, both interferometers are made identically and each of them optically

св занные светоделитель, в одном потоке излучени от которого расположены пр моугольна призма, концевой отражатель и призма-триэдр, а в другом - втора и. треть пр моуголь5 ные призмы, кольцевой отражатель и призма-триэдр, а пара призм-триэд г ров каждого интерферометра неподвижно располагаетс между контролируемым объектом и оптическим клином 10 на рйвнрм рассто нии от оси враицени вала.associated beam splitter, in one radiation stream from which a rectangular prism is located, an end reflector and a prism-trihedron, and in the other - a second and. a third right angled prism, an annular reflector and a prism-trihedron, and a pair of prism-tried edges of each interferometer are fixed between the object to be monitored and the optical wedge 10 at a distance of the shaft.

На фиг. 1 и 2 представлены два взаимноперпендикул рных боковых вида устройства.FIG. Figures 1 and 2 show two mutually perpendicular lateral views of the device.

5 Устройство содержит источник излучени 1, светоделитель 2,.дл формировани второго оптического канала , светоделитель 3-й 4 дл формировани двух информациойных лучей (J в первом и втором интерферометрах, оптический клин 5, вл ющийс оптическим преобразователем угла поворота и устанавливаемым на одном валу 6 с контролируемым объектом 7, 5 пр моугольные призмы 8 - 14 и призмы-триэдры 15 - 18, кольцевые отра . жатели 19 - 22 дл возвращени со- ;.. ответствующего Луча в обратном направлении , выполненные в виде зар ,. кал с отверстием дл пропускани соответствующего информационного луча в оптический клин 5, и регистрируквдий блок в виде фотоприемников 23 и 24, первого и второго соответственно интерферометра, и вычисли тельное устройство (не показано ). I 5 The device contains a radiation source 1, a beam splitter 2, for forming a second optical channel, a beam splitter 3 4 for forming two information beams (J in the first and second interferometers, an optical wedge 5, which is an optical angle converter and mounted on one shaft 6 with the object to be controlled 7, 5 rectangular prisms 8-14 and prisms-trihedrons 15-18, annular reflectors 19-22 to return the associated; .. corresponding Beam in the opposite direction, made in the form of charge, cal with a hole for passing through the corresponding information beam into the optical wedge 5, and the recording unit in the form of photodetectors 23 and 24, the first and second interferometers, respectively, and the computational device (not shown).

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Пучок света от источника 1 пада0 ет на светоделитель 2. Прошедший светоделитель 2 луч света образует первый оптический канал, а отражен ный от светоделител 2 луч света образует второй оптический канал. с Луч света первого оптическогоThe beam of light from the source 1 falls on the beam splitter 2. The beam of light that has passed through the beam splitter 2 forms the first optical channel, and the light beam reflected from the beam splitter 2 forms the second optical channel. With a beam of light first optical

канала претерпевает отражение в пр моугольной призме 3 и направл етс в светоделитель 3 первого интерферометра , в котором он делитс на два информационных луча.The channel undergoes reflection in the rectangular prism 3 and is directed to the beam splitter 3 of the first interferometer, in which it is divided into two information beams.

Один информационный луч (прошедший через светоделитель 3/ претерперает отражени последовательно в пp мoyгoльныk призмах 9 и 10, проходит через отверсти в кольцевомOne information beam (having passed through the beam splitter 3 / undergoes reflections successively in the application prism 9 and 10 passes through holes in the annular

5 отражателе 19, а затем через оптический клин 5 претерпевает отражение в призме-триэдре 15 и направл етс смещенным параллельно первоначальному направлению снова в опти0 ческий.клин 5, пройд который падает на кольцевой отражателе; 19. Так как кольцевой отражатель 19 расположен перпендикул рно падающему на него информационному лучу, то пос5 ледний,возвращаетс в обратном направлении и попадает на светоделитель 3. Второй информационный луч (отраженный от светоделител 3) претерпевает отражение в пр моугольной призме 11, проходит через кольцевой отражатель 20, а затем через оптический клин 5, претерпевает отражение в призме-триэдре 16 и направл етс смещенным параллельно первоначальному направлению вновь в опти ческий клин 5 и, пройд его, падает на кольцевой отражатель 20. Так как отражатель 20 также расположен перпендикул рно падающему на него информационному лучу, то последний возвращаетс в обратном направлении и попадает тоже в светоделитель 3. На светоделительном покрытии светоделител 3 оба информационных луча первого интерферометра интерферируют друг с другом и направл -: ютс в фотоприемник 23. Принцип действи второго интерферометра аналогичен принципу действи первого интерферометра. Луч света второго оптического канала делитс в светоделителе 4 на-два информационных луча. Один информационный луч проделывает следующий оптический путь: 12, 13, через отверстие в кольцевом отражателе 21, через оптические элементы 5, 17,5, 21, 5, 17, 5, через отверстие в кольцевом отражателе 21, и через оптические элементы 13, 12 и 4, а второй 14 через отверстие в кольце вом отражателе 22, и через оптичес кие элементы 5, 18, 5, 22, 5, 18, 5, через отверстие в кольцевом отр жателе 22, и через оптические элементы 14 и 4. На светоделительном покрытии светоделител 4 оба информационных луча второго интерферометра интерферируют друг с другом и направл ютс в фртоприемник 24. Вычислительное устройство (не показано ) обрабатывает информацию, полученную из фотоприемников 23 и . 24. При вращении оптического клина 5 вокруг оси 6 в плоскости, проход щей через ось вращени и центры отверстий кольцевых отражателей 19 и 20 первого интенферометра, так же как и в плоскости, проход щей через ось вращени и центры отверстий кольцевых отражателей 21 и 22 второго интерферометра, происходит изменение толщины оптического клина, а следовательно, и изменение оптической длины пути информационных лучей, т.е. в обоих интерферометрах возникает между информационными лучами относительна разность хода ДР . Если прин ть положение оптического клина 5, при котором ребро двугранного угла клина параллельно плоскости , проход щей через ось 6 и центры отверстий кольцевых отражателей 19 и 20, за исходное и учитывать, что плоскость, проход ща через ось 6 и центры отверстий кольцевых отражателей 19 и 20, перпендикул рна плоскости , проход щей через ось 6 и центры отверстий кольцевых отражателей 21 и 22,-то при повороте оптического клина на угол Ч относительно указанного его исходного положени толщина клина в месте прохождени через него, как одного, так и второго луча первого интерферометра мен етс по закону trksinS(1) Определение угла в предлагаемом устройстве требует совместной обработки информации, поступающей с регистраторов интерференционной картины первого и второго интерферометров . Каждое отдельно вз тое уравнение системы, описывающее изменение разности хода в первом или втором интерферометре, не позвол ет однозначно определить углы поворота.5 to the reflector 19, and then through the optical wedge 5 undergoes reflection in the prism-trihedron 15 and is directed biased parallel to the original direction again into the optical wedge 5, which passes through the ring reflector; 19. Since the annular reflector 19 is located perpendicular to the information beam incident on it, the last 5 returns in the opposite direction and hits the beam splitter 3. The second information beam (reflected from the splitter 3) undergoes reflection in the rectangular prism 11, passes through the ring the reflector 20, and then through the optical wedge 5, undergoes reflection in the prism-trihedron 16 and is directed displaced parallel to the original direction again into the optical wedge 5 and, having passed it, falls on the annular reflector 20. Since the reflector 20 is also located perpendicular to the information beam incident on it, the latter returns in the opposite direction and also reaches the beam splitter 3. On the beam-splitting cover of the splitter 3, both information beams of the first interferometer interfere with each other and are directed: photodetector 23. The principle of the second interferometer is similar to the principle of the first interferometer. The beam of light of the second optical channel is divided in the beam splitter 4 into two information beams. One information beam makes the following optical path: 12, 13, through the hole in the annular reflector 21, through the optical elements 5, 17.5, 21, 5, 17, 5, through the hole in the annular reflector 21, and through the optical elements 13, 12 and 4, and the second 14 through the hole in the annular reflector 22, and through the optical elements 5, 18, 5, 22, 5, 18, 5, through the hole in the annular reflector 22, and through the optical elements 14 and 4. On the beam splitter of the splitter 4 both information beams of the second interferometer interfere with each other and are sent to the camera The satellite 24. A computing device (not shown) processes the information obtained from the photodetectors 23 and. 24. When the optical wedge 5 rotates around the axis 6 in the plane passing through the axis of rotation and the centers of the openings of the annular reflectors 19 and 20 of the first intennometer, as well as in the plane passing through the axis of rotation and the centers of the openings of the annular reflectors 21 and 22 of the second interferometer, there is a change in the thickness of the optical wedge, and consequently, a change in the optical path length of the information rays, i.e. in both interferometers arises between the information rays relative difference in the course of the DR. If we take the position of the optical wedge 5, in which the edge of the wedge dihedral angle is parallel to the plane passing through the axis 6 and the centers of the holes of the annular reflectors 19 and 20, we take into account that the plane passing through the axis 6 and the centers of the holes of the annular reflectors 19 and 20, perpendicular to the plane passing through axis 6 and the centers of the holes of the annular reflectors 21 and 22, when the optical wedge is rotated by angle относительно relative to the specified initial position, the thickness of the wedge at the point of passage through it, both torogo first interferometer beam varies according to the law trksinS (1) Determination of the angle in the proposed device requires collaboration processing information coming from the front of the interference pattern of first and second interferometers. Each separately taken system equation describing the change in the path difference in the first or second interferometer does not allow unambiguous determination of the angles of rotation.

20If20If

Claims

A DEVICE FOR MEASURING AN ANGLE OF TURN OF AN OBJECT containing a radiation source, a two-beam interferometer, a transducer of an angle of rotation, and a recording unit, in order to expand the range of measured angles, it is equipped with a beam splitter and a rectangular prism, installed at the output of radiation from the source, the second two-beam interferometer installed in the light flux reflected from the beam splitter, the angle-of-rotation converter is made in the form of an optical wedge and mounted on one shaft with a control In this case, both interferometers are identical in design and each of them includes an optically coupled beam splitter, in one radiation stream from which there is a rectangular prism, an annular reflector and a trihedral prism, and in the other a second and third rectangular prisms, an annular reflector and prism-trihedron, and a pair of prism-trihedrons of each interferometer ra is motionlessly located between the “controlled object and the optical wedge at an equal distance from the axis of rotation of the shaft.

SU, 1060938 (pU9.1