SU1479831A1 - Device for measuring angular displacement of member - Google Patents

Device for measuring angular displacement of member Download PDF

Info

Publication number
SU1479831A1
SU1479831A1 SU874313992A SU4313992A SU1479831A1 SU 1479831 A1 SU1479831 A1 SU 1479831A1 SU 874313992 A SU874313992 A SU 874313992A SU 4313992 A SU4313992 A SU 4313992A SU 1479831 A1 SU1479831 A1 SU 1479831A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
angle
phase
output
plane
modulator
Prior art date
Application number
SU874313992A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Рубен Грачевич Дохикян
Валерий Николаевич Деев
Аркадий Арсеньевич Титов
Original Assignee
Всесоюзный заочный машиностроительный институт
Предприятие П/Я Г-4097
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Всесоюзный заочный машиностроительный институт, Предприятие П/Я Г-4097 filed Critical Всесоюзный заочный машиностроительный институт
Priority to SU874313992A priority Critical patent/SU1479831A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1479831A1 publication Critical patent/SU1479831A1/en

Links

Landscapes

  • Optical Transform (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  точных измерений углового перемещени  объекта. Цель изобретени  - расширение диапазона измерени  углового перемещени  объекта путем модул ции частоты акустооптического модул тора и фильтрации соответствующих электрических сигналов. Дифрагированные на акустооптическом модул торе 2 пучки и пучок нулевого пор дка при прохождении плоскопараллельной пластинки 3 испытывают различные набеги фазы в зависимости от угла поворота плоскопараллельной пластинки. Дифракционна  решетка 4 совмещает указанные пучки на фотоприемнике 5, на выходе которого фаза сигнала будет пропорциональна углу поворота плоскопараллельной пластинки 3. Фазометры 7 и 10 осуществл ют соответственно грубое и точное измерение угла. 1 ил.The invention relates to a measurement technique and can be used to accurately measure the angular displacement of an object. The purpose of the invention is to expand the range of measurement of the angular displacement of an object by modulating the frequency of an acousto-optic modulator and filtering the corresponding electrical signals. The beams diffracted by the acousto-optic modulator 2 and the zero order beam during the passage of a plane-parallel plate 3 experience different phase incursions depending on the angle of rotation of the plane-parallel plate. The diffraction grating 4 combines the indicated beams on the photodetector 5, at the output of which the signal phase will be proportional to the angle of rotation of the plane-parallel plate 3. Phase meters 7 and 10 carry out a coarse and accurate angle measurement, respectively. 1 il.

Description

4i

sjsj

соwith

0000

СОWITH

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  точных измерений углового положени  объекта в широком диапазоне изменени  углов.The invention relates to a measurement technique and can be used to accurately measure the angular position of an object in a wide range of angles.

Цель изобретени  - расширение диапазона измерени  углового перемещени  объекта путем модул ции частоты аку-стооптического модул тора и фильтрации соответствующих электрических сигналов.The purpose of the invention is to expand the range of measurement of the angular displacement of an object by modulating the frequency of an automatic opto-modulator and filtering the corresponding electrical signals.

На чертеже приведена функциональна  схема устройства.The drawing shows a functional diagram of the device.

Устройство содержит последовательно соединенные лазер 1, акустоопти- ческий модул тор 2, плоскопараллельную пластинку 3, св зываемую с объектом , дифракционную решетку 4, фотоприемник 5, фильтр 6, фазометр 7, выход фотоприемника 5 через фильтр 8 и смеситель 9 соединены с фазометром 10, первые входы фазометров 7 и 10 св заны с выходом генератора 11 низкой частоты, выход генератора 12 высокой частоты подключен к вторым входам смесител  9 и модул тора 13, выход которого соединен с входом акустического модул тора 2,The device contains a series-connected laser 1, an acousto-optic modulator 2, a plane-parallel plate 3 connected with an object, a diffraction grating 4, a photo-receiver 5, a filter 6, a phase meter 7, an output of the photo-receiver 5 through a filter 8 and a mixer 9 are connected to a phase meter 10, the first inputs of the phase meters 7 and 10 are connected to the output of the low-frequency generator 11, the output of the high-frequency generator 12 is connected to the second inputs of the mixer 9 and the modulator 13, the output of which is connected to the input of the acoustic modulator 2,

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Пучок света лазера 1 падает на акустооптический модул тор 2. Дифрагированный на акустооптическом модул торе 2 пучок и пучок нулевого пор дка поступают на плоскопараллельную пластинку (ППП) 3, угол поворота которой необходимо измерить. Пусть в - угол дифракции света на модул торе 2, когда на него подаетс  одна частота. Если ППП 3 перпендикул рна оптической оси, то угол падени  пучка на пластинку у б . Если ППП 3 поворачиваетс  на угол ei, то угол падени  у, 0 , d . Аналогично угол падени  пучка нулевого пор дка на пластинку у2 d. Оба пучка при прохождении ППП 3 в зависимости от угла поворота d приобретают различные фазовые набеги.The beam of laser light 1 falls on an acousto-optic modulator 2. A beam diffracted by an acousto-optic modulator 2 and a zero-order beam are fed to a plane-parallel plate (SPT) 3, the angle of rotation of which must be measured. Let in be the angle of diffraction of light on modulator 2, when one frequency is applied to it. If SPT 3 is perpendicular to the optical axis, then the angle of incidence of the beam on the plate is at. If SPT 3 is rotated by angle ei, then the angle of incidence y, 0, d. Similarly, the angle of incidence of the zero-order beam on the plate y2 d. Both beams, when passing the SPT 3, depending on the angle of rotation d, acquire different phase incursions.

Углы преломлени  пучков первого и нулевого пор дковThe angles of refraction of the beams of the first and zero orders

, sin( 6 + al) sin у,;, sin (6 + al) sin y;

i sine sinTl --- (Оi sine sinTl --- (O

где n - показатель преломлени  ППП,where n is the refractive index of the SPT,

Фазовые набеги при прохожденииPhase raids during the passage

ПППSPT

v,v,

2iTL-n 2ff2iTL-n 2ff

L-nLn

cosj-i Л I Чn2cosj-i L I Pn2

- 2|TL- n 2 L-n Лсозу и- 2 | TL- n 2 L-n Lose and

ZT (2)ZT (2)

sin2sin2

ПГ Sln J1 и PG Sln J1 and

Разлага  эти выражени  в р д Тейлора , получаютDecomposition of these expressions in the Taylor series is obtained

2i L-nГ1-cos2(e+oO I2i L-nГ1-cos2 (e + oO I

V Г I1п УV G I1n U

„. ,+ j“. , + j

0 ЛLn2 J0 LLn2 J

(3)(3)

где h - длина волны света;where h is the wavelength of light;

L - толщина ППП. Дифрагированный пучок проходит через дифракционную решетку 4 и попадает на фотоприемник 5, а пучокL is the thickness of the SPT. The diffracted beam passes through the diffraction grating 4 and hits the photodetector 5, and the beam

нулевого пор дка дифрагирует наzero order diffracted by

дифракционной, решетке 4 и тоже поступает на фотоприемник 5, где оба пучка интерферируют. Добавочные дифракционные пор дки света, которыеdiffraction grating 4 and also enters the photodetector 5, where both beams interfere. Incremental diffraction order of light that

возникают при прохождении дифрагированного пучка через дифракционную решетку 4, могут быть устранены установкой перед фотоприемником щели (на чертеже не показана). На модул тор 2 с модул тора 13 подаетс  сигналoccur when the diffracted beam passes through the diffraction grating 4, can be eliminated by installing a slit in front of the photodetector (not shown). Modulator 2 from modulator 13 is given a signal

U (1+т созшнО coswftt cosw8t +U (1 + t taken by coswftt cosw8t +

+ - cos (ui8+uiK)t + - COS(U)B-WH) t, (4)+ - cos (ui8 + uiK) t + - COS (U) B-WH) t, (4)

где т - глубина модул ции;where t is the modulation depth;

WH- частота генератора 11 . Из выражени  (4) видно, что на модул тор 2 подаютс  сигналы трех час- тот. Поэтому после модул тора 2 имеютс  три дифрагированных пучка, каждый из которых при прохождении пластинки 3 приобретает различный набег фазы в соответствии с выражением (3),WH- generator frequency 11. From expression (4) it can be seen that the modulator 2 is supplied with signals of three frequencies. Therefore, after the modulator 2, there are three diffracted beams, each of which, when passing through the plate 3, acquires a different phase shift in accordance with expression (3),

5050

так как угол дифракции света на модул тореas the angle of diffraction of light on the modulator

i - Ј. fi - Ј. f

- v-  - v-

v ъъv ъъ

(5)(five)

где Vift - скорость звука в модул торе 2;where Vift is the speed of sound in modulator 2;

f - частота сигнала. Полага , что модул тор 2 осуществл ет неглубокую фазовую модул цию,f is the frequency of the signal. The modulator 2 is assumed to perform a shallow phase modulation,

314798314314798314

можно получить следующее выражение , i жет быть отфильтрована установкой дл  напр жени  на выходе фотоприем-после фотоприемника 5 конденсатора):You can get the following expression, i, to be filtered by a device for voltage at the output of the photodetector-after the photodetector 5 of the capacitor):

ника 5 (посто нна  составл юща  мо- счгnick 5 (constant constituting the mo

и вы Iostn 5 /ftexP(i4+ kxsin6t)+iexp( + + kxsin62 + -an рand you iostn 5 / ftexP (i4 + kxsin6t) + iexp (+ + kxsin62 + -an p

+ Ч.| (we + wH)t + + kxsin6j) + Y | exp f i (шв- ц,) t Hf(l+ kxsin в4 J| Jx « Urn ,B t + ifa- (/,+ -| (sin 64- sin 0,+ UmlCos(u)&+ WH) t tifj-if,+ H. | (we + wH) t + + kxsin6j) + Y | exp fi (SW) t Hf (l + kxsin 4 J | Jx "Urn, B t + ifa- (/, + - | (sin 64-sin 0, + UmlCos (u) & WH) t tifj -if

+ -| (sin03- sin01)J+ ит3соз(и)В-и,,Н + if 4 Л + f (sin e4- -sin6,)I+ Um4cos(2o)Mt + i/4- i/3 + -| ( si/i03)j + Umfcos wHt ++ - | (sin03- sin01) J + it3soz (i) B- and, H + if 4 L + f (sin e4- -sin6,) I + Um4cos (2o) Mt + i / 4- i / 3 + - | (si / i03) j + Umfcos wHt +

+ -5- + a (sin 93- sin e4)J,-(6)+ -5- + a (sin 93- sin e4) J, - (6)

где а - апертура фотоприемнйка 5;Этот сигнал подаетс  на смесительwhere a is the photo-aperture aperture 5; This signal is fed to the mixer

10 - интенсивность света на моду- 9, после которого получают сигнал10 - light intensity at mod-9, after which a signal is received

л торе 2;20 u,Urancos u)Ht+4 -4i+ (sines-sine,)J .l torus 2; 20 u, Urancos u) Ht + 4 -4i + (sines-sine,) J.

5 - чувствительность фотоприем- , л z /y5 - sensitivity photoreception-, l z / y

помощью фильтра 6 выдел етс  using filter 6 is allocated

- дифракционна  эффективность сигнал - diffraction efficiency signal

модул тора 2;U U Г t i±-4jmodulator 2; U U T t i ± -4j

р - дифракционна  эффективность25 5 COSLU)H 2 +p - diffraction efficiency 25 5 COSLU) H 2 +

дифракционной решетки 4:. .diffraction grating 4 :. .

тт ттт тт™ ka(sin 0s- sin64) т ,„, Um.Unij, ,Um3, j (9)ttt ttt tt ™ ka (sin 0s-sin64) t, „, Um.Unij,, Um3, j (9)

Uma, TJm K - амплитуды частотных сос4 эДл  компенсации посто нных фазовыхUma, TJm K - amplitudes of the frequency coefficients eq for compensating constant phase

тавл ющих сигналов на вы- мsignaling signals at the output

ходе фотоприемника; gn сдвигов а (sin 65- sin 6,) ;the course of the photodetector; gn shifts a (sin 65- sin 6,);

,. - , izcosW.ka(sin9s- sine), -, izcosW.ka (sin9s-sine)

H(- An2 Гна вьк°Дах Фильт ilЈos2j,6 +c{21 poB 6 и 8 могут быть установлены фа1 ALn2 J зовращатели (на чертеже не показаны).H (- An2 Gna top ° Dah Filter ilЈos2j, 6 + c {21 poB 6 and 8 can be set with the F1 ALn2 J hooks (not shown).

2 jrLг1-соз2(0з+) 1 Поэтому можно считать, что фазометр2 jrLg1-cos2 (0з +) 1 Therefore, we can assume that the phase meter

ALn J 7 изметэ ет гЬ  овый спвиг ----ALn J 7 Izmet e b b ew spvig ----

7 измер ет фазовый сдвиг -о а7 measures the phase shift

q, 2ЈЬп р + Iicos2 e j+o(} |.фазометр 10 - фазовый сдвиг V3-Ч, .q, 2ЈЬп р + Iicos2 e j + o (} |. Phase meter 10 - phase shift V3-H,.

Ln2 . JУчитыва  (6) и полага , что углы диф , Л л Л40 ракции света малы, получают Ln2. Allowing (6) and believing that the angles of differential, L l L40, the light is small, get

i j ; yi v- f в 5 i j; yi v- f in 5

, 4i/L . . .,,1ПЧ, 4i / l. . . ,, 1ПЧ

.Л А «: Ч. f И .Л А «: Ч. f И

6Э v fB+ fH 52nV6E v fB + fH 52nV

382fL382fL

Vo,,Vo ,,

М э- - - (f6+ fH)ain2ef. (11)M e - - - (f6 + fH) ain2ef. (eleven)

64 v ( n 4 f64 v (n 4 f

V38Поскольку f e f н, то крутизна из2ffменени  фазы в выражении (11) значнК , ; тельно больше, чем в выражении (10).V38 Since f e f n, the steepness of the 2ff phase change in the expression (11) is equal to; more than in expression (10).

Поэтому фазометром 7 можно осущестd - шаг дифракционной решетки 4. ,Q вл ть грубое измерение угла с/ в широких пределах, а фазометром 10 Из выражени  (6) видно, что на точное. Откалибровав фазометры, зада- выходе фотоприемника 5 присутствуют ва  известные углы d, можно сформи- сигналы нескольких частот. С помощью ровать два канала измерени  - точный фильтра 8 выдел етс  сигнал « и грубый. Причем диапазон измерени Therefore, the phase meter 7 can be realized - the step of the diffraction grating 4., Q is a rough measurement of the angle c / within wide limits, and the phase meter 10 From expression (6) it can be seen that it is accurate. By calibrating the phase meters, with the output of the photodetector 5, there are all known angles d, you can form signals of several frequencies. By using two measurement channels, the fine filter 8 extracts the ' and coarse signal. Moreover, the measuring range

по грубому каналу значительно выше, U, Um cos (ыв+ w) t + ijs- if,+ чем у прототипа. Действительно, ис ,пользу  отношение (10) дл  Чпротthe coarse channel is much higher, U, Um cos (ыв + w) t + ijs-if, + than the prototype. Indeed, is, favor ratio (10) dl Chprot

ка / л . т /-ka / l t / -

+ --(sin бj- sin в,) (7) из выражени :+ - (sin bj sin sin,) (7) from the expression:

7 изметэ ет гЬ  овый спвиг ----7 izmete et gb spovig ----

7 измер ет фазовый сдвиг -о а7 measures the phase shift

фазометр 10 - фазовый сдвиг V3-Ч, phase meter 10 - phase shift V3-H,

U sin(w t U sin (w t

П1D П1D

,,

прогprog

),),

(12)(12)

ifif

протprot

ww

fsinefsine

л™ a l ™ a

- частота генератора высокой частоты; а - апертура фотоприемника; 9 - угол между пучками, от-- frequency of the high frequency generator; a - aperture of the photodetector; 9 - the angle between the beams, from

раженными от отражателей в плоскости фотоприемника; длина волны света; амплитуда напр жени ,razhennymi from reflectors in the plane of the photodetector; light wavelength; voltage amplitude

получаютget

M-Jofrp - - « .... JM-Jofrp - - ".... J

nV3B- anV3B- a

м Пр01m Pr01

Положим, что в качестве материала модул тора выбран молибдат свинца с п 2, V, 4 -104 мм/с,Suppose that lead molybdate with n 2, V, 4 -104 mm / s is selected as the modulator material,

L 3 мм, ПолучаютL 3 mm, Receive

-э.-e

Јн N

А 0,63-10 эмм, а 2 мм.And 0.63-10 um, and 2 mm.

ЮYU

сwith

20 ектом, дифракционную решетку и фотоприемник , первьй фазометр, выход которого  вл етс  первым выходом устройства , и генератор высокой частоты , отличающеес  тем,20, a diffraction grating and a photodetector, a first phase meter, the output of which is the first output of the device, and a high frequency generator, characterized by

. з. s

VnporVnpor

25 что с целью расширени  диапазона иэ- Следовательно, по сравнению с про- мерений углового перемещени  объекта , оно снабжено первым фильтром, 1 25 that, in order to expand the range of ee. Therefore, in comparison with the measurements of the angular displacement of an object, it is equipped with the first filter, 1

вход которого соединен с выходом фотоприемника , а выход - с входом пер30 вого фазометра, последовательно соединенными вторым фильтром, вход которого соединен с-выходом фотоприемника , смесителем и вторым фазометром , выход которого  вл етс  вторымthe input of which is connected to the output of the photodetector, and the output to the input of the first phase meter, serially connected by a second filter, the input of which is connected to the output of the photodetector, a mixer and a second phase meter, the output of which is the second

35 выходом устройства, модул тором, выход которого соединен с акустоопти- ческим модул тором, генератором низ-: кой частоты, выход которого соединен с входами первого и второго фазомет40 РОВ и модул тора, а выход генератора высокой частоты соединен с входами модул тора и смесител .35 by the output of the device, by a modulator, the output of which is connected to an acousto-optic modulator, a low-frequency generator, the output of which is connected to the inputs of the first and second phase meters 40 of the ROV and a modulator, and the output of the high-frequency generator is connected to the inputs of the modulator and mixer .

тотипом диапазон измерений угла значительно расширен. Причем регулировку и перестройку диапазона измерени  можно производить выбором частоты Јн. Фазометр 10 осуществл ет точное измерение угла.The range of angle measurements is greatly expanded. Moreover, adjustment and adjustment of the measurement range can be made by selecting the frequency Јn. A phase meter 10 performs an accurate angle measurement.

Крутизна измерени  фазы в прототипе (12) ив предлагаемом устройстве (11):The steepness of phase measurement in the prototype (12) and in the proposed device (11):

протprot

а Аa a

(13)(13)

2fL()2fL ()

5 КЭо5р 5 КЭо5р

Приравнива  указанные выражени  с учетом приведенных данных f B vEquating these expressions with the given data f B v

798316798316

4 -10 Гц, что вполне достижимо дл  современных акустооптических модул торов . Таким образом, в устройстве сформированы два канала измерени - точный и грубый, расширен диапазон преобразовани  при сохранении точности на уровне прототипа, а также упрощена оптическа  схема устройст- 0 ва, так как в ней отсутствуют отражатели .4-10 Hz, which is quite achievable for modern acousto-optic modulators. Thus, two measurement channels are formed in the device - accurate and coarse, the conversion range is expanded while maintaining accuracy at the prototype level, and the optical layout of the device is also simplified, since there are no reflectors in it.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Устройство дл  измерени  угловых перемещений объекта, содержащее оптически св занные лазер, акустооп- тический модул тор, плоскопараллельную пластинку, св зываемую с объектом , дифракционную решетку и фотоприемник , первьй фазометр, выход которого  вл етс  первым выходом устройства , и генератор высокой частоты , отличающеес  тем,A device for measuring the angular displacements of an object, containing an optically coupled laser, an acousto-optic modulator, a plane-parallel plate associated with the object, a diffraction grating and a photodetector, the first phase meter whose output is the first output of the device, and a high-frequency oscillator characterized by ,
SU874313992A 1987-10-06 1987-10-06 Device for measuring angular displacement of member SU1479831A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874313992A SU1479831A1 (en) 1987-10-06 1987-10-06 Device for measuring angular displacement of member

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874313992A SU1479831A1 (en) 1987-10-06 1987-10-06 Device for measuring angular displacement of member

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1479831A1 true SU1479831A1 (en) 1989-05-15

Family

ID=21330792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU874313992A SU1479831A1 (en) 1987-10-06 1987-10-06 Device for measuring angular displacement of member

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1479831A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103307986B (en) * 2013-06-19 2016-03-30 清华大学 A kind of two degrees of freedom heterodyne grating interferometer displacement measurement system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103307986B (en) * 2013-06-19 2016-03-30 清华大学 A kind of two degrees of freedom heterodyne grating interferometer displacement measurement system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0163362B1 (en) Displacement measuring apparatus and method
SU1479831A1 (en) Device for measuring angular displacement of member
US3630624A (en) Arrangement for determining the relative displacement of an object by means of an element rigidly secured to the object
SU1265636A1 (en) Optoacoustic frequency meter
SU1270716A1 (en) Versions of acoustical-optical frequency meter
SU599158A1 (en) Interference method of measuring linear and angular displacements
SU1296959A1 (en) Acoustooptical spectrum analyzer
SU1096496A1 (en) Interferention method of measuring linear displacements
SU1300348A1 (en) Phase method of performing photometric measurements
SU1627836A1 (en) Twin double-beam interferometer for measuring coat thickness
SU1404812A1 (en) Method of measuring distance sections
SU890068A1 (en) Device for measuring amplitude of interferometer beam motion periodic difference
SU1534313A1 (en) Laser meter of microfluctuations of optical fiber diameter
SU1603193A1 (en) Device for angular displacements of object
SU1337805A1 (en) Acoustic-optical spectrum analyzer
SU959014A1 (en) Single-band modulation device
SU1693372A1 (en) Photoelectric displacement converter
SU584194A1 (en) Method of measuring optic spectrum line intensity
SU943594A1 (en) Acoustic-optical frequency meter
RU1795304C (en) Method of measuring amplitude of vibrations of mechanical objects and device for realization
SU408145A1 (en) DESCRIPTION OF THE INVENTION
SU712684A1 (en) Method of measuring amplitude of mechanical oscillations
SU1179103A1 (en) Interferometer for distance measurement
SU1763884A1 (en) Method for thickness measuring of optically transparent objects
SU1665228A1 (en) Oscillating motion meter