Методи розширення кутового діапазону роботи Фотоелектричних автоколіматорів
В деяких схемах ФАК з розділеними каналами для розширення кутового діапазону датчиків застосовують компенсаційний метод вимірювань. При використанні цього методу зміщення зображення світлового пучка в площині аналізу приймального каналу компенсується переміщенням аналізатора услід за зміщенням зображення. Відлік величини переміщення визначається по додатковому механізму, який вимірює ці переміщення, а реєстратор використовується як індикатор нуля. В якості прикладу на рис. 3.95 приведена схема кутомірного датчика з компенсатором у вигляді плоско-паралельної пластинки. Як відомо, така пластинка в збіжному пучку променів зміщує світловий промінь на величину пропорційну куту її повороту р, причому в межах кутів повороту ±10-15° зберігається лінійна залежність. При відсутності кутового розузгодження на вході в даній системі буде спостерігатись баланс струму в одному і другому плечах схеми і реєстраційний прилад зафіксує нульовий відлік.
При з’явленні кутового розузгодження ер на вході виникне зміщення світлової плями в фокальній площині оптичної системи, тобто на світлороздільній призмі і в схемі пору — шитьсясгрумовий баланс. Поворотом компенсатора на кут Р повертають світлову пляму на ребро призми. Момент рівного ділення світлового пучка буде відповідати нульовому відліку. Задача вимірювання кутового розузгодження <р на виході кутоміра зводиться до вимірювання кута повороту компенсатора. При цьому між кутами q> і Р існує залежність
(3.139)
 |
де k — коефіцієнт компенсатора, який звично дорівнює 100 — 200.
Із останнього виразу можна зробити такі висновки. По-перше, кут повороту плоскопа — ралельної пластинки в k раз більше компенсуємого кута q>. По-друге, для забезпечення необхідної точності вимірювання кута <р вимоги до точності вимірювання кута р в k раз менші. Другий висновок є дуже суттєвим. Наприклад, необхідно вимірювати кути розузгодження на вході системи <р з похибкою 1". Якщо k = 100, то кут повороту компенсатора допускається вимірювати з похибкою
тр=к-т9 =100".
 |
Крім компенсаційного, на практиці отримали також розповсюдження ще два методи розширення кутового діапазону вимірювань ФАК. В першому методі збільшують поле зору ФАК з боку джерела, або з боку приймача, або з обох боків. Як приклад останнього положення на рис. 3.96 приведений ФАК з багатоелементними джерелами і приймачами випромінювання [84]. ФАК включає в себе основне джерело випромінювання 1 і додаткові джерела 2-7, світлорозділювач 8, об’єктив 9, плоске дзеркало 10, основний фотоприймач 11 і додаткові 12, блок вибору номера джерела випромінювання 13 і реєстраційний блок 14. В початковий момент вимірювань включається основне джерело випромінювання, яке розташоване на оптичній осі ФАК. При малих кутах розкручування дзеркала 10, які лежать в межах діапазону вимірювання приймача 11, автоколіматор працює в звичайному режимі вузькосмугового ФАК. При кутовому розузгодженні, що перевищує діапазон вимірювання фотоприймачем 11, зображення основного джерела попадає на один із додаткових індикаторних фотоприймачів. По сигналу останнього блок вибору номера джерела включає один із додаткових джерел випромінювання. При цьому додаткове джерело забезпечує формування автоколімаційного зображення джерела в межах кутового діапазону роботи основного фотоприймача випромінювання. Сигнал з виходу фотоприймача 11 і номер джерела випромінювання реєструються блоком 14. Принцип визначення нового розкручування полягає в наступному. При відсутності розузгодження кожний фотоприймач реєструє імпульси випромінювання від половини джерел і тому кожний лічильник підраховує однакову кількість імпульсів. При наявності кутового розузгодження центр симетрії зображення джерел зміщується відносно оптичної осі і фотоприймачі зареєструють різну кількість імпульсів.
В другому методі зберігають вузькосмуговий приймально-передатний канал ФАК, але поле зору систему розширюють за рахунок різних типів перетворюючих елементів, виконаних на основі кутових і дзеркально-лінзових відбивачів, многогранних призм та інше. Схема ФАК, що реалізує другий метод [135], приведена на рис. 3.97. Розширення кутового діапазону вимірювання ФАК досягається за рахунок використання перетворюючого елемента, наприклад, многогранної призми, що має декілька відбиваючих граней, розгорнутих одна відносно другої в двох взаємно ортогональних площинах. При опроміненні такого відбивача паралельним пучком променів, сформованим джерелом випромінювання 1, щільовою діафрагмою 2, світлорозділювачем 3 і об’єктивом 4, відбитий пучок розходиться на декілька пучків (в відповідності з числом відбиваючих граней многогранної призми 5), рознесених в горизонтальній площині XOZ почергово на кут а, і в вертикальній
площині YOZ на кут р. Якщо кут відхилення кожного відбитого пучка від оптичної осі не перевищує кутового розміру поля зору (р, то ФАК будує в площині кодових масок б своє автоколімаційне зображення. Кодові маски зсунуті одна відносно другої уздовж осі О У на кут 2р в відповідності з кутом розкручування в площині YOZ сусідніх відбиваючих граней призми.
|
Рис. 3.97. Схема розширення кутового діапазону за рахунок використання многогранно’! призми |
З кожною маскою оптично зв’язаний окремий фотоприймач 7, а виходи всіх фотоприймачів з’єднані з реєструючим блоком 8. ФАК забезпечує вимірювання розкручування контролюючого об’єкта тільки в площині XOZ в кутовому діапазоні
Q = ka + y/, (3.141)
де: k — номер кодової маски, на якій формується зображення щільової діафрагми;
а — кут розкручування між сусідніми відбиваючими гранями многогранно! призми в горизонтальній площині;
ц/ — кут розкручування робочої грані відбивача відносно нульового відліку кодової маски. ’