SU1688409A1 - Фотоэлектрический преобразователь углового перемещени в фазоимпульсный код - Google Patents

Description

1

(21)4686115/24 (22) 19.05.89 (46)30.10.91. Бюл. №40

(71)Могилевское отделение Института физики АН БССР

(72)В.И.Сивуха, А.В.Томов, И.Г.Войтенко и В.П.Редько

(53)681.325(088.8)

(56)Домрачев В.Г., Матвеевский В.Р., Смирнов Ю.С. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений. Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 26-34.

Авторское свидетельство СССР N° 641484. кл. Н 03 М 1/22, 1977. (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В ФАЗОИМПУЛЬСНЫЙ КОД (57) Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл 

цифрового измерени  угловых перемещений . Цель изобретени  - повышение помехоустойчивости преобразовател  путем отделени  его преобразующей части от объекта измерени . Это достигаетс  тем, что в преобразователь, содержащий источник 1 излучени , зеркало 2, фотоприемники 12, введено эллиптическое зеркало 4, оптический блок 5 аналого-цифрового преобразовани , содержащий призменное устройство ввода излучени , пленарные волноводы, диэлектрическую подложку и оптические волокна и блок 3 компараторов. Преобразователь нечувствителен к электромагнитным помехам, так как с помощью эллиптического зеркала 4 и оптических волокон можно удалить фотоэлектрическую и электронную часть из области измерений в надежно защищенное от электромагнитных помех место. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СО

С

f

о

00 00 О

о

Фиг.1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  цифрового измерени  угловых перемещений в системах автоматического управлени .

Цель изобретени  - повышение помехоустойчивости преобразовател  путем отделени  его преобразующей части от обьекта измерени .

На фиг.1 изображена схема преобразовател ; на фиг 2 - структурна  схема блока аналого-цифрового преобразовател .

Преобразователь содержит источник 1 излучени , выполненный в виде лазера, зеркало 2, блок 3 компараторов, эллиптическое зеркало 4, оптический блок 5 аналого-цифрового преобразовани , содержащий приз- менное устройство 6 ввода излучени , пленарные волноводы 7-9, диэлектрическую подложку 10 и оптические волокна 11, фотоприемники 12, Зеркало 2 установлено на оси вращени  обьекта 13 в фокусе эллиптического зеркала 4.

Преобразователь работает следующим образом.

Световой пучок, испускаемый лазером 1, отражаетс  от зеркала 2, закрепленного на оси обьекта 13, угловое перемещение которого измер етс . Ось вращени  обьекта 13 находитс  в фокусе эллиптического зеркала 4. Эллиптическое зеркало 4 обладает тем свойством, что все лучи, исход щие из одного его фокуса, собираютс  в другом. Во втором фокусе зеркала 4 размещена входна  плоскость призменного устройства 6 ввода излучени  оптического блока 5 аналого-цифрового преобразовани . Повороту зеркала 2 соответствует изменение угла возбуждени  волноводов 7-9 в блоке 5, что приводит к по влению на выходе блока 5 числа, величина и знак которого соответствует величине и направлению поворота объ- екта 13 от некоторого начального положени .

Эффективные показатели преломлени  Пэфф.) мод пленарных волноводов 7-9, имеющих параболическое распределение показател  преломлени  описываютс  выражением

п1фФ| п -(4)+3), .12

где пг - значение показател  преломпени  на поверхности волновода 7-9;

к - волновое число в вакууме;

j - номер моды;

х0 - параметр параболы.

Если разности между эффективными показател ми преломлени  соседних мод много меньше самих эффективных показа

телей преломлени , то эти разности можно считать одинаковыми дл  всех мод и JM. В призменном устройстве б ввода эффективный показатель преломлени  и угол возбуждени  св заны следующим образом

tp - arcsin np sin (у- arcsln )

где р - угол возбуждени  j-й моды;

пр - показатель преломлени  призмы ; у- угол основани  призмы.

5

Подобрав у - arcsin (

Пр

лага по-прежнему,

Д П Пэфф) + 1 - Пэфф) Пэфф ,V J

получим

пр Д п

) и почто

Ду /} + 1

п1фф) Таким образом, разности углов возбуж0 дени  одинаковы дл  любых двух соседних мод J и J+1.

Число, соответствующее изменению угла возбуждени , формируетс  в оптическом блоке 5 аналого-цифрового преобразовани 

5 следующим образом.

Изменение угла возбуждени  со временем приводит к поочередному возбуждению волноводных мод в каждом волноводе 7-9. Т.е. на выходных торцах волноводов 7-9

0 получают серии световых вспышек, количество которых пропорционально изменению угла возбуждени . Если угол возбуждени  мен етс  в сторону возрастани , то сразу за вспышкой в волноводе 7 следует вспышка в

5 волноводе 8. Если угол возбуждени  мен етс  в сторону убывани , то за вспышкой в волноводе 7 следует вспышка в волноводе 9. К выходам компараторов блока 3 может быть подключен реверсивный счетчик, кото0 рый увеличивает (уменьшает) свое содержимое на единицу, если сразу вслед за электрическим импульсом, соответствующим вспышке в волноводе 7, приходит импульс , соответствующий вспышке в

5 волноводе 8 (волноводе 9). Таким образом, на выходе реверсивного счетчика формируетс  число, соответствующее углу поворота обьекта.

Claims (1)

1. Точность преобразовател  равна рас0 сто нию между соседними модами по углу возбуждени  Дуэ. Динамический диапазон характеризуетс  величиной N Ду), где N - количество мод в каждом волноводе 7-9. Формула изобретени 

   5 1- Фотоэлектрический преобразователь углового перемещени  в фазоимпульсный код, содержащий источник излучени , оптически св занный с зеркалом,и фотоприемники , отличающийс  тем, что, с целью повышени  помехоустойчивости преобразовател , в него введены оптический блок аналого-цифрового преобразовани , блок компараторов и эллиптическое зеркало, в одном из фокусов которого расположено зеркало, закрепленное на оси вращени  объекта, а в другом фокусе - входна  плоскость оптического блока аналого-цифрового преобразовани , выходы которого оптически соединены с фотоприемниками, выходы которых соединены с входами одно- именных компараторов блока, причем источник излучени  выполнен в виде лазера. 2, Преобразователь по п.1, отличающийс  тем, что оптический блок аналого- цифрового преобразовани  выполнен в ви- де призменного устройства ввода излучени , расположенного на диэлектрической подложке, плоскость которой парал- лельна оси вращени  объекта, в диэлектрической подложке размещены три

   параллельных пленарных волновода, вол- новодные моды которых имеют углы возбуждени , св занные соотношени ми

   01 +i.j-yi| Vl J : 1 3 1 О .5

   где ЈHj - угол возбуждени  1-й моды j-ro волновода, против выходов пленарных волноводов размещены входные торцы оптических волокон, одна из поверхностей призменного устройства ввода излучени  и выходные торцы оптических волокси  вл ютс  соответственно входной плоскостью и выходами оптического блока аналого-цифрового преобразовани .

   фиг 2