SU1504503A1 - Сканирующий оптико-электронный датчик угла - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может найти применение в системах дл  измерени  малых угловых отклонений различных объектов, например в гироскопии. Цель изобретени  - повышение точности и быстродействи . Это достигаетс  за счет увеличени  частоты сканировани  и повышени  ее стабильности путем использовани  акустооптического метода сканировани . Источник 1 когерентного излучени  освещает лучом света зеркало 7, установленное под углом Бретта по отношению к лучу, св зываемое с объектом. Отраженный луч света с помощью светоделител  2 и объектива фокусируют на светочувствительную площадку 9 дифференциального фотоприемника 10, сигнал с которого преобразовываетс  блоком 12 преобразовани  в импульсный с широкоимпульсной модул цией. Об угле суд т по отсутствию посто нной составл ющей на выходе фильтра 16 нижших частот. Использование в качестве сканатора акустооптического модул тора 3 позвол ет осуществить сканирование по линейному закону, задаваемому генератором 6 пилообразного напр жени  с высокой частотой и стабильностью. 4 ил.

Description

Фи«.;

315

Изобретение относитс  к измерительной технике и может найти применение , в системах дл  измерени  малых угловых отклонений различных объектов, например в гироскопиио

Цель изобретени  - повышение точности и быстродействи  - достигаетс  за счет увеличени  частоты сканиропани  и повышени  ее стабиль нести путем использовани  акустического метода сканировани .

На фиг, 1 приведена схема оптического тракта и электронного блока датчика угла; на фиг, 2 диаг- раммы электрических сигналов в электронном блоке; на фиг, 3 - разрез Л-А на фиг, 1, фотоприемник с световым п тном в центральном положении; на фиг, 4 - то же, с световым п тном, смещенным на одну из светочувствительных площадок о

Устройство содержит источник 1 когерентного излучени , светоделитель 2, сканатор в виде акустоопти- ческого модул тора 3 с пьезоизлу- чателем Л, высокочастотный источник 5 питани , генератор 6 пилообразного напр жени , плоское зеркало 7, объектив 8, в фокальной плоскости которого расположена светочувствительна  площадка 9 фотоприемника 10, на которую нанесена невосприимчва  к свету полоса П, блок 12 преобразовани  сигнала,

Блок I2 преобразовани  сигнала состоит из двух усилителей 13, двух компараторов 14, триггера 15 и фильтра 16 частот.

Сканирующий оптико-электронный датчик угла работает следующим образом .

Параллельный пучок света от источника 1, проход  через светодели тель 2, падает на акустооптический модул тор 3, который установлен к направлению лучей под углом 0ц Брэгга Угол Брэгга находитс  из услови  дифракции лучей в первой дифракционный максимум V

А

sin

ь 2А

Л - длина волны источника 1;

Л - длина акустической волны, 55 возбужденной в акустооп- тическом модул торе 3 с помощью пьезоизлучател  4 от источника 5 питани ,

средн   частота источника 5 определ етс  по формуле

Л д.

где V - скорость акустических волн и в акустооптическом модул торе 3„

Бегуща  волна в модул торе 3 эквивалентна п о влению в нем дифракционной решетки н при соответствующем подборе амплитуды в источнике

5больша  часть излучени  источника 1, падающа  на модул тор 3, отклон етс  под углом 04 ®ь дает перпендикул рно на зеркало 7, Отража сь от зеркала 7, свет оп ть испытывает дифракцию в модул торе 3 и, пада  на светоделитель 2 под углом 45°, направл етс  на объектив 8 которым фокусируетс  на светочувствительную площадку 5 фотоприемника 10 в световое п тное, причем при нулевом, т,е, неотклоненном положении зеркала 7, п тно попадает в центр полоски I1 светочувствительной площадки 9, При этом сигналы

на выходах фотодиода 10 отсутствуют Функционирование устройства, св занное со сканированием п тна, происходит следующим образом. Источник 5 питани  типа свип-геиератора осуществл ет частотную модул цию, котора производитс  с помощью генератора

6пилообразного напр жени . При это происход т периодические нарушени  условий брэгга, т.е„ свет отражаетс  на угол 9, 0б±л9. Отраженны от зеркала 7 лучи также мен ют направление на ±& 9 , ив результате изменени  обратного хода лучей световое п тно колеблетс  (сканирует) перпендикул рно разделительной полоске 11 на поверхности площадки 9 (фиг, 3),

Рассмотрим теперь графики сигналов в электронном блоке 12 (фиг, 2) при неотклоненном положении зеркала 7, На фиг, 2а показан управл ющий сканированием сигнал с генератора 6 с периодом Т, При прохождении этого сигнала через нуль световое п тно находитс  в центре полоски 1 1 , При нарастании сигнала п тно через короткий интервал времени попадает на одну из светочувствительных половин площадки 9 (например правую, фиг, 2а), при этом в ней возникает сигнал, показанный на фиг. 26 Его длительность несколько меньше

Т

г (Т - период сканировани ). Подобный сигнал, только со сдвигом по времени на Т/2, снимаетс  и с другой половины дифференциального фотоприемника 10 (фиг. 2в). После усилени  этих сигналов с помощью усилителей 13 они подаютс  на компараторы 14, сигналы с которых приведены на фиг. 2 г,д„ От передних фронтов-этих сигналов запускаетс  триггер 15, на выходе которого возникает сигнал в виде меандра с длительностью полупериодов по Т/2. При подаче такого напр жени  на фильтр 16 нижних частот (ФНЧ) получим нулевой выходной сигнал .

Claims (1)

1. При повороте зеркала 7 от нулевого положени  на.уголДо6| который требуетс  измерить, ход отраженных от зеркала 7 лучей изменитс  таким образом, что середина линии сканировани  сместитс  от полоски 11 в какую-либо сторону, в зависимости от знака Д0 (фиг. 4). В этом случае при сканировании на одной половине площадки 9 п тно.будет находитьс  в течение Т/2 + Т, а на другой Т/2 - Т. График сигналов с компараторов 14 приведен дл  этого случа  на фиг. 2 ж, 3, а с триггера 15 - на фиг. 2н, откуда видно, что в выходном фильтре 16 по витс  посто нна  составл юща  определенного знака, завис щего от знака uoi. Это значит, что электронный блок 12 выдает сигнал , пропорциональный угловому смещению объекта. Линейность выходной характеристики датчика U(uot) определ етс  линейностью сигнала с генератора 6. Отметим, что наличие разделительной полоски 11 между чагт - ми светочувствительной площадки 9, размеры которой превышают диаметр светового п тна, не сказываютс  на форме сигналов с триггера 15 и вли ют на выходной сигнал. Ширина полоски 11 вызывает лишь некоторое уменьшение углового обзора датчика, определ емого амплитудой сканировани  X, а она в свою очередь, зависит от амплитуды углового сканировани  д0 и фокусного рассто ни  8 (их F Д9). Угловой обзор в зависимости от выбора акустооптического элемента 3 может достигать ±1°. Формула изобретени 

   Сканирующий оптико-электронный

   датчик угла, содержащий источник когерентного получени , оптически св занные и установленные .по ходу луча светоделитель, сканатор и плоское зеркало, кинематически св зываемое

   с объектом, объектив, оптически св занный с светоделителем, дифференциальный фотоприемник, светочувствительна  площадка которого расположена в фокальной плоскости объектива , и блок преобразовани  сигнала, входа которого соединены с соответствующими входами дифференциального фотоприемника, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  точности и быстродействи , он снабжен последовательно соединенньми высокочастотным генератором пилообразного напр жени  и источником питани , сканатор выполнен в виде акустооптического модул тора, входом

   соединенного с выходом высокочастотного источника питани , и установлен под углом Брэгга относительно напр жени  распространени  луча.

   Фи1.2

   А-А, 11

   Фиъ.З

   L:LA. и

   Шие.