Інтерференційний спосіб вимірювання кута повороту об’єкта
Винахід відноситься до контрольно-вимірювальної техніки, а саме до дистанційного контролю за положенням об'єктів. Заявляється спосіб вирішує завдання вимірювання кута повороту за рахунок формування електричних сигналів різної частоти, які залежать від величини кутів, що вимірюваються. У способі опорний і вимірювальний відбивач, пов'язаний з об'єктом, що контролюється, одночасно висвітлюють монохроматичним колімованим пучком випромінювання. Реєструють розподіл інтенсивностей в інтерференційній картині, утвореній пучками, відбитими від опорного та вимірювального відбивачів. Здійснюють перетворення інтерференційної картини на послідовність прямокутних імпульсів. Вимірюють частоту проходження імпульсів. Кут повороту визначають із співвідношення: = kf, де f – частота імпульсів, k – постійний коефіцієнт. Спосіб дозволяє підвищити точність виміру кута повороту об'єкта. 2 іл.
Винахід відноситься до контрольно-вимірювальної техніки, а саме до інтерференційних способів для дистанційного контролю та вимірювання просторового положення частин різних машин, механізмів та споруд у машинобудуванні, будівництві, літако- та суднобудуванні, а також в інших областях метрологічної та вимірювальної техніки.
Відомий інтерференційний нуль – індикатор (кутомір). [А.М.Ванюріхін та інші. Аналіз впливу похибок виготовлення призми Кестерса на точність нуль - індикації, ЗМУ, 1981, N 11, стор 1], що складається з джерела світла, коліматора, двох діафрагм, призми Кестерса, дзеркала, встановленого на об'єкті, кутове положення якого контролюється, випромінювання.
Спосіб вимірювання кута повороту заснований на тому, що світловий потік джерела випромінювання ділиться призмою на два когерентні потоки, які, відбившись від дзеркала,поєднуються призмою та інтерферують.
Вимірюють фотоприймачем інтегральне значення енергії інтерферуючих потоків, яким судять про вугілля повороту дзеркала (об'єкта).
Недоліком зазначеного способу є низька точність вимірювання кута повороту (кут визначається величиною сигналу, на який впливає режим роботи джерела випромінювання, коливання напруги живлення, зміни коефіцієнта пропускання).
Відомий інтерференційний спосіб вимірювання кута повороту об'єкта, найбільш близький до пропонованого винаходу з технічної сутності та обраний як прототип. [І.М. Кільців та ін. Інтерференційний пристрій реєстрації нульового становища. Вимірювальна техніка, 1985, N 3, стор 29].
Згідно з зазначеним способом монохроматичний колімований пучок випромінювання направляють на призму-куб з напівпрозорим покриттям на гіпотенузній грані та повним дзеркальним покриттям на одній з бічних граней.
Пучок світла від джерела проходить через призму-куб і, відбиваючись від відбивача, пов'язаного з об'єктом, положення якого контролюється та її напівпрозорою гіпотенузною грані, утворює вимірювальний пучок. Частина світла від джерела, відбиваючись від гіпотенузної грані призми-куба та її дзеркальної грані утворює опорний пучок. Пучки інтерферують, утворюється послідовність темних та світлих смуг. Період інтерференційної картини визначається довжиною хвилі випромінювача та кутом між вимірювальним та опорним пучками.
При кутах повороту об'єкта, близьких до нуля, період картини наближається до ширини діафрагми і при цьому зростає амплітуда сигналу фотоприймача, тобто величина кута, що контролюється визначається величиною амплітуди сигналу фотоприймача, що відбивається на точності вимірювання кута повороту об'єкта.
Заявляється спосібвирішує задачу виміру кута повороту контрольованого об'єкта з високою точністю.
Зазначене завдання вирішується за рахунок формування електричних сигналів різної частоти, пов'язаних пропорційною залежністю з величинами кутів, що вимірюваються.
Зазначений технічний результат досягається за рахунок того, що в інтерференційному способі вимірювання кута повороту об'єкта опорний і вимірювальний відбивач, пов'язаний з контрольованим об'єктом, одночасно висвітлюють монохроматичним пучком випромінювання, що колімується, реєструють розподіл інтенсивності в інтерференційній картині, утвореної пучками, відбитими від опорів перетворюють їх у послідовність прямокутних імпульсів, вимірюють їх частоту, а шуканий кут повороту об'єкта визначають із співвідношення: = kf, де f - частота імпульсів, k - постійний коефіцієнт, що залежить від параметрів схеми інтерферометра.
Параметри утвореної інтерференційної картини, а саме період її або крок інтерференційних смуг, залежать від кута повороту об'єкта. Чим більший кут повороту, тим менший період, тобто. зростає частота проходження електричних сигналів, отже частота проходження сигналів пропорційно пов'язана з вимірюваним кутом повороту об'єкта.
Таким чином, кут, що вимірюється, не залежить від амплітуди сигналу, а залежить тільки від кроку смуг (частоти), який буде залишатися для даної величини кута постійним навіть, якщо величина сигналу буде змінюватися (наприклад за рахунок флуктуацій потоку випромінювача).
Заявляється спосіб може бути реалізований пристроєм, структурна схема якого зображена на малюнку 1. На малюнку 2 - наведена діаграма сформованих сигналів.
Пристрій, що реалізує спосіб, складається з монохроматичного джерелавипромінювання 1 і послідовно розташованих по ходу випромінювання коліматора 2, світлоділителя 3, опорного 4 і вимірювального відбивача 5, об'єктиву 6 і багатоелементного фотоприймача 7, вхід якого з'єднаний з виходом блоку управління 8, вихід фотоприймача з'єднаний з входом компаратора напруги 9, вихід якого з'єднаний з першим входом блоку затримки 10 і першим входом логічного елемента АБО 11, другий вхід якого з'єднаний з виходом блоку затримки, вихід елемента АБО з'єднаний з входом частотоміра 12, а вихід блоку управління 8 з'єднаний з другим входом блоку затримки 10.
Інтерференційний спосіб вимірювання кута повороту об'єкта здійснюється наступним чином.
Монохроматичним колімованим пучком випромінювання джерела 1 одночасно висвітлюють опорний відбивач 4 та вимірювальний відбивач 5, пов'язаний з контрольованим об'єктом.
Багатоелементний фотоприймач 7, орієнтований перпендикулярно ребру клина (двогранний кут ), реєструє інтерференційну картину, утворену пучками, відображеними від опорного 4 і вимірювального відбивачів 5, здійснюють фотоелектричне перетворення її у вихідний синусоїдальний сигнал фотоприймача, який імпульсів.
З виходу компаратора напруги 9 імпульси надходять на перший вхід блоку затримки 10 імпульсів на ціле число періодів прямування для того, щоб заповнити ними паузу, що утворюється протягом інтервалу накопичення фотоприймача випромінювання.
З виходу компаратора 9 імпульси надходять на перший вхід логічного елемента АБО 11, а з виходу блоку затримки 10 - на другий вхід елемента АБО 11, при цьому на виході елемента АБО 11 утворюється безперервна прямокутна послідовністьімпульсів, частота проходження яких пропорційна (малому) куту клина в інтерферометрі, так як крок інтерференційних смуг пропорційний малому куту. Частота, пропорційна куту вимірюється частотоміром 12. Функціонування пристрою забезпечується блоком управління 8.
В якості конкретного прикладу виконання пристрою, за допомогою якого може бути здійснений спосіб, пропонується пристрій, що складається з джерела монохроматичного випромінювання, виконаного у вигляді HeNe лазера; коліматора у вигляді телескопічної насадки [В.А. Іванов, В.Є. Привалів. Застосування лазерів. СПб., Політехніка, 1993, стор 12]; світлодільника у вигляді призми-куб [Довідник конструктора ЗМУ, Л.: Машинобудування, 1980, стор 188] ; відбивачів 4,5 у вигляді плоских дзеркал [Довідник конструктора ЗМП. Л.: Машинобудування, 1980, стор 169]; об'єктива у вигляді двокомпонентного склеєного об'єктиву [Довідник конструктора ЗМУ, Л.: Машинобудування, 1980, стор 231] ; багатоелементного фотоприймача у вигляді ПЗЗ лінійки [Г.Г. Ішанін та ін. Джерела та приймачі випромінювання. СПб., Політехніка, 1991, стор 187]; компаратора напруги, описаного в [Г.М. Грязін. Оптикоелектронні системи для огляду простору. Л.: Машинобудування, 1988, стор 112]; блоку затримки, описаного в [Довідник. Телевізійна техніка М.: Радіо та зв'язок, 19, стор 312]; логічного елемента як стандартного елемента [М.А. Ахметов. Цифрові пристрої ОЕП. Логічні елементи та тригери. Новосибірськ, НІІГАІК, стор 11]; стандартного частотоміра та блоку управління, описаного в [Довідник. Телевізійна техніка М: Радіо і зв'язок, 19, стор 312].
Інтерференційний спосіб вимірювання кута повороту об'єкта, що полягає в тому, що опорний і вимірювальний відбивач, пов'язаний з об'єктом, що контролюється,одночасно висвітлюють монохроматичним колімованим пучком випромінювання, реєструють інтерференційну картину, утворену пучками, відбитими від опорного і вимірювального відбивачів, і здійснюють фотоелектричне перетворення її в електричний сигнал, який відрізняється тим, що електричний сигнал формують у вигляді послідовності прямокутних імпульсів, вимірюють їх частоту повороту об'єкта визначають із співвідношення = kf, де f - частота імпульсів; k – постійний коефіцієнт.