Поляризационное устройство для измерения углов скручивания

 

Изобретение может использоваться в измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений. Для этого в поляризационном устройстве для измерения углов скручивания объекта. 2 содержащем основание с размещенным на нем датчиком, выполненным в виде источника излучения, объектива, поляризатора, светоделительной пластины, установленных последовательно по ходу излучения, и анализатором, расположенным в пучке лучей , отраженных от светоделительной пластины , а также располагаемый на контролируемом объекте уголковый отражатель , согласно изобретению, отражатель выполнен в виде трехгранной пирамиды с боковыми ребрами равной длины, два двугранных угла которой между боковыми отражающими гранями равны л /2, третий двугранный угол равен л 2(s+4). где s 1,2,3, при этом грань, обращенная к проходящему светоделительную пластину излучению , частично экранирована по заданному закону. 6 ил. LO С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 В 11/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 1

40И3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4915186/28 (22) 22.02,91 (46) 07,07,93. Бюл. М 25 (71) Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им.А.Н.Савченко (72) А.Д.Титов (56) Авторское свидетельство СССР

N 808838, кл. G 01 В 11/26, 1980.

Оптико-механическая промышленность, — 1978, 1Ф 3, стр.8. (54) ПОЛЯРИЗАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ СКРУЧИВАНИЯ (57) Изобретение может использоваться в измерительной технике. Цель изобретения — повышение точности измерений. Для этого в поляризационном устройстве для измерения углов скручивания объекта, Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углов скручивания и взаимного разворота объектов.

Цель изобретения — повышение точности измерений, На фиг. 1 представлена общая схема предлагаемого устройства. Поляриэационное устройство содержит основание (на чертеже не показано), расположенный нв нем датчик, выполненный в виде ис1 чкика излучения 1, обьектива 2, поляризатора 3 и светоделительной пластины 4. На контролируемом обьекте жестко закреплен призменный уголковый отражатель возвратного действия 5. В качестве приемника отражен„„Я „„1825971 А1 содержащем основание с размещенным на нем датчиком, выполненным в виде источника излучения, объектива, поляризатора, светоделительной пластины, установленных последовательно по ходу излучения, и анализатором, расположенным в пучке лучей, отраженных от светоделительной пла1 стины, а т акже располагаемый на контролируемом объекте угол ковый отражатель, согласно изобретению, отражатель выполнен в виде трехгранной пирамиды с боковыми ребрами равной длины, два двугранных угла которой между боковыми отражающими гранями равны х /2, третий двугранный угол равен 7г (2(s+4)), где s =

=1,2.3; при этом грань, обращенная к проходящему светоделительную пластину излучению, частично экранирована по заданному закону. 6 ил. ного от отражателя излучения используется анализатор 6, установленный на основании в пучке лучей, отраженных от светоделительной пластины.

На фиг, 2 представлен призменный уголковый отражатель 5, выполненный в виде трехгранной пирамиды ОАВС с тремя боковыми отражающими гранями — ОВС—

7, OAC — 8, ОА — 9 и входной фронтальной гранью АВС вЂ” 10. Боковые ребра имеют равные длины ОА=ОВ=ОС. Двугранные углы между гранями 7 и 9, 8 и 9 равны х //22, а между гранями 7 и 8-zt f2(s+4)). Показатель преломления материала отражателя равен

-п-2,07 (s-1), п-1,57 или п=1,45 (s=2), п-1,45 или п=1,42 (в-3). Совокупность точек входа

1825971 и выхода света иэ отражателя 5 образует его рабочую апертуру 11 (граница рабочей апертуры выделена толстой линией), которая представляет собой вытянутый симметрич-. ный шестиугольник DFFGHJ, расположенный на фронтальной грани 10. Она получается как общая часть пересечения фронтальной грани 10 и ее зеркально-симметричнога изображения относительно точки входа центрального луча (основание перпендикуляра, опущенного из вершины трехгранного угла на фронтальную грань

10). Рабочая апертура 11 состоит иэ совокупности 4з+18 секторов, границы между которыми совпадают с проекциями на фрон- 15 . тальную грань 10, в направлении,перпендикулярном к ней, боковых ребер ОА, ОВ, ОС отражателя и их зеркальных изображений в боковых гранях 7, 8 и 9.

На фиг. 3 показана рабочая апертура 11 в случае экранирования секторов, соответствующих порядку отражения света ат боковых граней 7, 8 и 9, в котором грань 9, противолежащая двугранному углу

x/(2(s+4)),Hå стоит в начале или конце цепач- 25 ки иэ 2з+9 отражений. На фиг. 4 показана рабочая апертура 1.1 в случае экранирования секторов, соответствующих порядку отражения света от боковых граней 7, 8 и 9, в котором грань 9, противолежащая двугран- 0 ному углу л P(Z(s+4))> e стоит в середине цепочки иэ 2з+9 отражений. На фиг. 3 и 4 в скобках показаны последова ельности прохождения светом боковых граней 7, 8 и

9 при выходе из соответствующего секта- 5 ра рабочей апертуры. Экранированная часть рабочей апертуры заштрихована. Экранирование может осуществляться, например, посредством механического экрана, расположенного перед фронтальной 40 гранью 10, или путем матирования части самой рабочей апертуры 11.

Устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 с помощью обь- 45 ектива 2 формируется в параллельные пучки, которые проходят через поляризатор 3.

B результате этого свет становится линейно-поляризованным, Затем он поступает на призменный уголковый отражатель воэ- 50 вратного действия 5, который формирует от-. раженное излучение в направлении, стррго . противоположном падающему. Часть света, отражаясь от светоделительной пластины 4, поступает на анализатор 6, работающий в 55 качестве приемника.

Линейно-поляризованный свет с произвольным азимутом поляризации. падает на фронтальную грань 10 отражателя 5. Пройдя через неэкранированные сектора рабочей апертуры 11, свет испытывает 2s+9 полных внутренних .отражений от боковых граней 7, 8 и 9 в порядке прохождения по цепочкам 978...78, 78...789, 87„,879, 987...87 или 78...9...78, 87...9...87, Выходящий из отражателя свет имеет направление, строго противоположное падающей волне. При полных внутренних отражениях от боковых граней 7, 8 и 9 происходят изменения амплитудно-фазовых характеристик волны. Эти изменения зависят от показатели преломления материала отражателя, состояния поляризации падающего света, набора углов падения волн на отражающие грани (геометрии отражателя), а также от последовательности переотражения волн от граней.

Поэтому сектора рабочей апертуры 11 отражателя 5 выступают как отдельные оптические элементы, формирующие волны, в общем случае, с различными состояниями поляризации. Параметры отражателя (выбор геометрии отражателя, рабочих секторов и показателя преломления) оптимизированы таким образом, что падающий на отражатель с произвольным азимутом поляризации линейно-поляризованный свет сохраняет на выходе линейность поляризации, à его азимут поляризации изменяется по закону се, =

=а (прямая 12 на фиг. 5). Азимут поляризации падающего света авх отсчитывается по часовой стрелке от оси s, азимут поляризации выходящего из отражателя света а х отсчитывается против часовой стрелки от оси -s. При повороте отражателя 5 вокруг опгической оси датчика изменяется азимут поляризации падающего на него линейнополяризованного света. Поскольку азимут поляризации выходящего линейно-поляризованного света равен теперь новому значению азимута поляризации падающего света, та относительное изменение азимута поляризации. выходящего света за время между двумя измерениями равно удвоенному углу поворота объекта вокруг оси скручивания. Алгоритм определений угла поворота с помощью анализатора 6 сводится к нахождению половинного угла между двумя положениями максимального пропускания (или максимального непрапускания) анализатора.

В качестве примеров исполнения рассмотрим поляризацион нов устройство для измерения углов скручивания объекта с использованием призменного уголковаго отражателя в виде трехгранной пирамиды, двугранные углы которой между отражающими гранями равны (K/2, ж /2, я/10) 5

1825971 (s=1), изготовленной из оптического стекла марки СТФ11 (п=2,071082 для il= 546,07 нм) и в виде трехгранной пирамиды, двугранные углы которой между отражающими гранями равны (zc /2, л /2, а /12) (s=2), изготовленной из оптического стекла марки

ТК12 (n=1,568881 для Л = 587,56 нм). Для первого отражателя при диапазоне измерения угла скручивания в 360О эллиптичность выходящего излучения не превышает значения Р " = 0,007, а отклонение азимута поляризации выходящего излучения от линейной зависимости а х= a x не превышает- величины д " - 0,0025О. Для второго отражателя эти параметры равны, соответственно, Р х = 0,008 и д = 0,0030. Для иллюстрации вышесказанного на фиг. 6 приведены зависимостй E = F. (à x) (сплошные кривые) и д = д f аь,) (штриховые кривые). Первому отражателю отвечают кривые 13, 14; второму — 15, 16; Расчеты, выполненные на ПЭВМ, показывают, что чем ближе показатель преломления материала приэменного уголкового отражателя 5 к определенной величине, тем меньше зллиптичность отраженного излучения и отклонение азимута поляризации выходящего излучения от линейной зависимости а ых = х (Р " -0, д " -0). Такими оптимальными показателями преломления являются значения и = 2,066544 (s=1), n =

1,566454 (s=2), n = 1,448594 (s=3) и n =

1,453607 (s=2), и = 1,420967 (э=3).

Таким образом, в предлагаемом поляриэационном угломере не используется модуляция светового потока по поляризации, что и определяет его конструктивную

5 простоту. Применение предлагаемого устройства позволит решить многие метрологические задачи, связанные с изменением пространственного положения объектов и с измерением деформаций различных конст10 рукций и сооружений, Формула изобретения

Пол яризационное устройство для измерения углов скручивания объекта, содержа15 щее основание, установленный на нем датчик в виде источника излучения и последовательно расположенных по ходу излучения объектива поляризатора и светоделительной пластины, установленно20 го в ходе отраженного от пластины излучения анализатора,и уголковый отражатель, предназначенный для скрепления с объектом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, уголковый

25 отражатель выполнен в виде зеркальной трехгранной пирамиды с равной длины боковыми ребрами; два двугранных угла которой между боковыми гранями равны тг/2, третий двухгранный угол составляет

30 л(2(э+4)), где s=1,2,3, и с частично экранированной по заданному закону гранью, обращенной к проходящему светоделительную пластину излучению.

1825971

Фиг.Р, 1825971

q (egg g6) (3& 7.. 69)

/ б / с.(Ф6 . 98) I E /(8п..бм) ) Асю

Фиг.5.

1825971

0,006

0,00З

0,00б

0,00Ц

0,002

Фиг.б.

Составитель А. Титов

Техред М. Моргентал Корректор И. Шмакова

Редактор С. Кулакова

Заказ 2314 Тираж" " Подписное

ВНИИПИ. Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101