Vorrichtung zum Bestimmen der Verschiebung eines Objektes gegenüber einem anderen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der Verschiebung eines Objektes gegen über einem andern, mittels eines mit dem Objekt verbundenen Rasters, dessen Linien nahezu senk- recht zur Verschiebungsrichtung des Objektes stehen, wobei weiterhin eine Lichtquelle vorhanden ist, die mittels des Rasters mit einem photoelektrischen Element zusammenwirkt, in dem ein periodisches Signal erzeugbar ist, dessen Periodenzahl der Grösse der Verschiebung proportional ist.
Zur Erzielung einer Anzeige des Sinnes der Verschiebung ist es bekannt, das bewegliche Raster mit einem festangeordneten Raster zusammenwirken zu lassen, welches eine etwas andere Rasterperiode als die des, ersten Rasters hat, oder mit dem ersten Raster einen kleinen Winkel einschliesst. Auf diese Weise ergibt sich ein sogenanntes Moirémuster, das in zwei oder mehreren Photozellen Signale erzeugt, deren Phasenunterschied vom Bewegungssinn des Rasters abhängt.
Bei solchen bekannten Vorrichtungen verläuft die Signalspannung nahezu sinusförmig mit der Zeit.
In der Zählvorrichtung wird die Zahl der Nulldurchgänge gezählt, wobei von einem elektrischen Zähler mit bistabilen Multivibratoren Gebrauch gemacht wird. Durch Interpolierung kann eine noch genauere Bestimmung erzielt werden.
Da ein Raster immer Fehler aufweist und das entstandene Moirémuster also häufig unregelmässig ist, ist das beschriebene bekannte Verfahren nicht immer genau und zuverlässig. Das auf der Photozelle auftreffende Licht besteht weiterhin aus einem vom Untergrund herrührenden Teil und einem sich mehr oder weniger sinusförmig ändernden Teil. Der Untergrund ist Anderungen unterworfen, was zu Schwierigkeiten Anlass gibt. Ausserdem haben die üblichen Photodioden einen Dunkelstrom, der in beträchtlichem Masse von den herrschenden Verhältnissen abhängt. Infolge dieser Umstände besteht der Ausgangsstrom aus einem Gleichstromteil, dem der gewünschte Sinusstrom überlagert ist, wobei der Gleichstromteil in hohem Masse Anderungen unterworfen ist.
Dieser Gleichstromteil darf nicht von Filtern entfernt werden, da auch die Frequenz des Wechselstrosteils sich Null nahem kann, wenn die Verschiebungsgeschwindigkeit sehr gering wird. Es ist daher sehr schwer, die zur Zählung dienenden Nulldurchgänge des eigentlichen Signalstroms genau zu bestimmen.
Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die erwähnten Nachteile in viel geringerem Masse aufweist.
Die, Erfindung besteht darin, dass Mittel zum Phasenmodulieren des periodischen Signals mit konstanter Frequenz vorgesehen sind und ein Detektor vorhanden ist, der aus dem modulierten Signale und dem Modulationssignal die Grösse und den Rich tungssinn der Verschiebung bestimmbar macht.
Das modulierbe Signal und das Modulationssignal können zusammen sämtliche Informationen enthalten, die zur Bestimmung nicht nur der Grösse, sondern auch der Richtung der Verschiebung notwendig sind. Der dazu notwendige Detektor kann in sehr verschiedener, teilweise bekannter Weise eingerichtet sein.
Die Modulation kann herbeigeführt werden, indem ein zweites Raster vorhanden ist und die beiden Raster zueinander verschiebbar sind, wobei gleichzeitig einem der Raster eine Vibrationsbewe- gung in der Verschiebungsrichtung erteilt wird. Die Linien der Raster sind dabei einander parallel, und die Raster haben die gleiche Periode.
Weiterhin kann ein optisches System mit Spiegel vorhanden sein, mittels dessen das erste Raster in natürlicher Grösse derart an sich abgebildet wird, dass sich die Abbildung in zum Raster selbst entgegen- gesetzter Richtung verschiebt, wobei dem Spiegel oder einem Teil desselben eine Vibration in Richtung des auffallenden Lichtes erteilt wird, wodurch das Signal phasenmoduliert wird.
Weiterhin kann dem Spiegel eine Kippbewegung um eine zur Linienrichtung des Rasters parallele Achse erteilt werden, was dadurch erfolgen kann, dass der Spiegel auf einem Stab oder einer Röhre aus magnetostriktivem Material exzentrisch befestigt wird.
Bemerkt wird, dass es an sich bekannt ist, eine Verschiebung auf optisch-elektronischem Wege zu messen, wobei eine Phasenmodulation des Lichtsignals verwendet wird. Von Rastern wird aber dabei kein Gebrauch gemacht.
Drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung werden nachfolgend an Hand der Zeich- nungen näher erläutert.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen je ein Ausführungsbeispiel, und
Fig. 4 zeigt eine Abart des Detektors.
Aus Fig. 1 ist das bewegliche Raster 1 ersichtlich, dessen Rasterlinien senkrecht zur Zeichenebene gedacht sind. In kurzem Abstand vom ersten Raster ist ein zweites Raster 2 angeordnet, wobei die Rasterflächen einander parallel sind. Auch die Rasterlinien sind einander parallel, und die Bewe- gung ist senkrecht zu diesen Linien in der Rasterebene gerichtet. Das zweite Raster ist an einem der beiden Schenkel einer Stimmgabel 7 angebracht, so dass es bei Vibration der Stimmgabel in einer Richtung senkrecht zu den Rasterzeilen eine periodische Bewegung in seiner Ebene ausführt, deren Frequenz zum Beispiel einige tausend Perioden pro Sekunde betragen kann und deren Amplitude vorzugsweise kleiner als die Rasterperiode ist.
Die Bewegung wird durch eine an sich bekannte elektronische Vorrich- tung 8 aufrechterhalten, in der zum Beispiel ein rückgekoppelter Verstärker angebracht ist.
Weiterhin ist eine Lichtquelle 3 vorgesehen, welche in der Brennfläche der Kollimatorlinse 4 steht. Das aus der Kollimatorlinse heraustretende Licht fällt durch die beiden Raster, und man gebraucht dabei : erstens das vom Raster 1 erzeugte Bündel der ersten Ordnung aus dem Bündel der nullten Ordnung, welches vom Raster 2 erzeugt wird, und zweitens das vom Raster 1 erzeugte Bün- del der nullten Ordnung aus dem Bündel der ersten Ordnung, welches vom Raster 2 erzeugt wird.
Diese in Richtung zusammenfallenden kohärenten Bündel treffen über die Linse 5 auf die photoelektrische Zelle 6 auf, in der ein Signal entsteht, das bei der Bewegung des Rasters 1 ein sinusförmiges periodisches Signal mit einer Kreisfrequenz
2av a) = p ist, wobei p die Rasterperiode und v die Verschiebung pro Sekunde des Rasters 1 darstellt. Wenn gleichzeitig das Raster 2 eine Vibrationsbewegung mit der Kreisfrequenz Q ausführt, entsteht in der Leitung A ein Signal, das durch Si = const + C sin (c,. r + b sin Qt) dargestellt werden kann.
Das Signal besteht aus einem konstanten Teil und einem phasenmodulierten, sich sinusförmig än- dernden Teil. Es wird mit einem aus der Vorrichtung 9 abgeleiteten Signal kombiniert. Die Signale enthalten zusammen sämtliche Information über die Grösse und den Sinn der Verschiebung des Rasters 1.
Diese Signale können auf verschiedene Weise zur Anzeige der Verschiebung benutzt werden.
In Fig. 1 ist beispielsweise vorausgesetzt, dass das an der Stelle B auftretende Signal, das durch 52 = C sin (Qt +) dargestellt werden kann, in der Vorrichtung 10 um den Winkel p phasengedreht wird und gleichfalls in der Vorrichtung 11 phasengedreht und hier gleichzeitig in der Frequenz verdoppelt wird. Es ergeben sich also in den Punkten C und D Signale, welche sin Qt bzw. cos 2 Qt proportional sind und in den Vorrichtungen 12 und 13 mit dem von der Photozelle herrührenden Signal kombiniert werden. Die zuletzt genannten Vorrichtungen sind multiplikative Detektoren.
Die darin erzeugten Wechselspannungen werden durch die Vorrichtungen 14 und 15 hindurchgeleitet, welche einen unterhalb 1/2 ss liegenden Frequenzbereich durchlassen.
Das in der Leitung A auftretende Signal kann geschrieben werden : SI. = const + C [sin (oxfJo (b) + 2J2 (b) cos2Dt + 2J, (b) cos40t......] + C[cos?x{2J1(b)sin Ot+2J3(b)sin 3Ot+ ].
Darin sind J0 (b), Jx (b) usw. die Besselschen Funktionen der nullten Ordnung, der ersten Ordnung usw. in b, wobei b=2?u? p (u = Amplitude des Schenkels der Stimmgabel und p = Rasterperiode).
Es ist leicht einzusehen, dass nach multiplikativer Detektion und Filtrierung an jeder der Ausgangsklemmen F und H ein Glied jeder Reihe verbleibt, und zwar an F ein Glied proportional zu cos ogx und an H ein Glied proportional zu sin s9X. Die dementsprechenden Spannungen können einem Indikator, zum Beispiel den Platten eines Elektronenstrahl Oszillographen zugeführt werden, der mittels eines sich in einem bestimmten Signe drehenden Licht flecks die Grösse und den Sinn der Bewegung kenn bar macht.
Beim beschriebenen Detektor mu¯ ein Gleichspannungsverstärker verwendet werden. Ein Detektionsverfahren, welches den Vorteil bietet, dass ausschliesslich Wechselspannungsverstärker verwendet werden können, wird bei der in Fig. 4 schematisch dargestellten Vorrichtung verwendet.
Das im Punkt B auftretende Signal, dessen Frequenz durch die Eigenfrequenz der Stimmgabel bedingt wird, ist proportional zu sin (. + q7). Es wird den Vorrichtungen A1 und Az zugefiihrt, in denen aus diesem Signal Impulse gebildet werden.
Die Vorrichtung Ai, die als ein vom Signal S2 gesteuerter Impulsgenerator betrachtet werden kann, liefert kurze Impulse in Dt = 0, Qt = ; r, Ot = 2 ? usw. entsprechenden Zeitpunkten. Diese Impulse werden den Torschaltungen B1 und B2 zugeführt, denen gleichzeitig das vomVerstärkerBt hezührende Signal S, das der Wechselspannungskomponente des Signals im Ausgang der Photodiode entspricht, gegenphasig zugeführt wird. Die Torschaltungen B sind ge¯ffnet, wenn das Steuersignal positiv ist.
Die Ausgangsspannungen von B, und Bs wirken auf eine bistabile Schaltung Cl, die derart eingerichtet ist, dass die Ausgangsspannung positiv ist, wenn der eine Eingang Impulse empfängt, und negativ ist, wenn der andere Eingang Impulse empfängt. Die Vorrichtung Bt kann als Filter ausgebildet sein, welches die Gleichspannung unterdrückt.
Die Vorrichtung A2 liefert Impulse in den Ot qat = 3a, Qt = 5a usw. entsprechenden Zeitpunkten. Diese Impulse werden den Torschaltungen B : ; und B. i zugeführt. Es gibt noch einen : zweiten Ausgang, in dem Impulse gebildet werden, die den durch Ot = 0, Qt = 2 ? Ot = 4z usw. be dingten Zeitpunkten entsprechen. Diese Impulse werden den Torschaltungen B5 und Bs zugeführt.
Auch diese Torschaltungen sind geöffnet, wenn das Steuersignal positiv ist. In der Vorrichtung B2 wird wieder die Gleichspannungskomponente des von der Photodiode herrührenden Signals unterdrückt, so dass nur die Wechselspannungskomponente
S = C sin (ogx + b sin S2t) verbleibt, die gleichzeitig differentiiert wird, wobei zwei Ausgangsspannungen + dS/dt und -dS/dt entstehen, die den Torschaltungen B3, B6 bzw. den Tor schaltungen B4, B5 zugeführt werden.
Wenn
S = sin ( (ox + b sin Ot) so ist -= cos (?x+b sinOt)(? dx/dt+bOcosOt).
Bei nicht zu grossen Geschwindigkeiten des ersten Rasters, also bei kleinem Wert von dt, gilt folgendes : wenn 0 < (ox < , T, so ist S positiv für sin S2t = 0, a, 2s,..., so dass die Impulse von B2 nach Ci gehen und die Klemme I positiv ist.
Ist -?/2 < ?x < +?/2, so ist---positiv für = 0, 2?, 4 ? usw. Die Impulse von Bo gehen also nach C2. dS/dt ist negativ für ir Ot=?, 3?,5? usw., so dal3 die Impulse von B4 nach C2 gehen. In den beiden Fällen ist also die Klemme II positiv.
Wenn nun z < cox < 2 a, so ist die Klemme I negativ, und wenn
3 y < < -' so ist die Klemme II negativ. Es ergibt sich also folgendes Schema : ?X 1/2? ? 11/2? 2? 21/2? 3? +-+ +-
II + - - + +
An den Klemmen I und II entstehen also gegenseitig um 90 phasenverschobene Impulsreihen, aus denen in gleicher Weise wie früher eine Anzeige der Grösse und des Sinnes der Verschiebung erzielt werden kann.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 2, bei der ähnliche Signale wie bei der nach Fig. 1 erzeugt werden und die in gleicher Weise in Anzeigespannung überführt werden können, ist ein halbdurchlässiger Spiegel 18 in den Strahlengang der Lichtquelle 3 gesetzt und ein optisches System 19 vorgesehen, mittels dessen auf dem Raster 1 eine Abbildung in nat rlicher Grösse des Rasters selbst erzeugt wird. Das Raster 1 ist dazu in der vordern Brennfläche des Linsensystems 19 angeordnet. Das aus der Kollimatorlinse 4 heraustretende Bündel trifft auf d'as Raster 1 auf.
Von den durch das Raster 1 hindurchtretenden B ndeln werden die der nullten und der ersten Ordnung verwendet, welche über das Linsensystem 19 auf den in der hintern Brennfläche von 19 angebrachten flachen Spiegeln 17 und 16 auftreffen, von denen 17 fest angeordnet und 16 am Schenkel einer vibrierenden Stimmgabel befestigt ist. Nach Zurückwerfung fallen die Bündel über 19 in der Rückwärtsrichtung auf das Raster. Von den aus diesem zurückgewor- fenen Licht vom Raster 1 erzeugten Bündeln werden verwendet : erstens das vom Raster 1 aus dem von 17 herrührenden Licht erzeugte Bündel der nullten Ordnung und zweitens das vom Raster 1 aus dem vom 16 herrührenden Licht erzeugte Bündel der ersten Ordnung.
Diese kohärenten, in Richtung zusammenfallenden Bündel treten in der Rückwärtsrichtung durch die Kollimatorlinse 4 und beleuchten nach Zurück- werfung durch den halbdurchlässigen Spiegel 18 die in der Brennfläche der Kombination von 4 und 18 angebrachte Photodiode 6. Man kann leicht einsehen, dass, wenn das Raster eine Periode p hat, das Signal proportional zu sin (2s 1/+ sin Q t) % z p ist.
Bei der Ausf hrungsform nach Fig. 3, bei der gleichfalls mittels eines Spiegels 20 und eines Linsensystems 19 eine Abbildung des Rasters an sich erzeugt wird, ist dieser Spiegel auf einem Stab 21 aus magnetostriktivem Material angebracht, der in der Mitte eingeklemmt ist und durch an sich bekannte Mittel, die aus Spulen 22, 23 bestehen, und durch einen Verstärker 24 in longitudinaler Vibration versetzt wird. Die Vibrationsfrequenz kann dabei einige tausend Vibrationen pro Sekunde betragen.
Der Spiegel 20 ist exzentrisch mit dem Ende des Stabes 21 verbunden, so dass er um eine zur Zeichenebene senkrechte Achse eine Kippbewegung ausführt :
Von dem aus der Kollimatorlinse 4 austretenden Licht fallen die vom Raster 1 erzeugten Bündel der -lten und + lten Ordnung über das Linsensystem 19 bei den Punkten 26 und 27 auf den flachen Spiegel 20, wobei das etwa auftretende Bündel der nullten Ordnung durch einen geschwärzten Teil 25 des Spiegels 20 unwirksam gemacht wird. Das zurückgeworfene Licht fällt über 19 in der Rückwärtsrichtung durch das Raster 1 hindurch.
Von den rückwärts aus dem Raster 1 austretenden Bündeln werden verwendet : erstens das vom Raster 1 aus dem von 26 herrührenden Licht erzeugte Bündel der Ordnung + 1 ; zweitens das vom Raster 1 aus dem von 27 herrührenden Licht erzeugte Bündel der Ordnung-l.
Diese kohärenten, in Richtung zusammenfallenden Bündel fallen in der Rückwärtsrichtung durch die Kollimatorlinse 4 und beleuchten nach Zurück- werfung durch den halbdurchlässigen Spiegel die in der Brennfläche von 4 angebrachte photoelektrische Zelle.
Hat das Raster die Periode p, so hat das Signal die Gestalt
C sin (2z yf + b sinDt). l/4 p
Darin ist b = 2z., u = Winkelamplitude des Spiegels 20 und f = Brennweite des aus 19 und 20 bestehenden Abbildungssystems.
Da die Phase dieses Signals in Schritten von 2 mit Hilfe von Nulldurchgängen eines abgeleiteten Signals bestimmt werden kann, ist der Messschritt 1p6. Bei einer Rasterkonstante von 16, u sind die f6 Messschritte dann gleich 1 c. Das optische System, welches das Raster an sich abbildet, besteht im zuletzt beschriebenen Beispiel aus einem Linsensystem mit einem flachen Spiegel. Es ist dabei einleuchtend, dass das System auch anders gestaltet und der Spiegel zum Beispiel sphärisch sein kann. Auch ist es mög- lich, dass das System aus nur einem sphärischen Hohlspiegel besteht.
Device for determining the displacement of one object with respect to another
The invention relates to a device for determining the displacement of one object with respect to another, by means of a grid connected to the object, the lines of which are almost perpendicular to the direction of displacement of the object, with a light source also being present which is connected to a photoelectric by means of the grid Element interacts in which a periodic signal can be generated, the number of periods of which is proportional to the size of the shift.
To achieve an indication of the sense of the shift, it is known to let the movable grid interact with a fixed grid which has a slightly different grid period than that of the first grid or forms a small angle with the first grid. This results in a so-called moiré pattern that generates signals in two or more photocells whose phase difference depends on the direction of movement of the grid.
In such known devices, the signal voltage is almost sinusoidal over time.
In the counting device, the number of zero crossings is counted using an electrical counter with bistable multivibrators. An even more precise determination can be achieved through interpolation.
Since a screen always has errors and the resulting moiré pattern is often irregular, the known method described is not always accurate and reliable. The light hitting the photocell also consists of a part coming from the subsurface and a part that changes more or less sinusoidally. The subsoil is subject to change, which gives rise to difficulties. In addition, the usual photodiodes have a dark current, which depends to a considerable extent on the prevailing conditions. As a result of these circumstances, the output current consists of a direct current part on which the desired sinusoidal current is superimposed, the direct current part being subject to great changes.
This direct current part must not be removed from filters, since the frequency of the alternating current part can also approach zero if the displacement speed becomes very low. It is therefore very difficult to precisely determine the zero crossings of the actual signal current used for counting.
The aim of the invention is to create a device which has the disadvantages mentioned to a much lesser extent.
The invention consists in that means are provided for phase modulating the periodic signal with a constant frequency and a detector is provided which makes the size and direction of the shift determinable from the modulated signals and the modulation signal.
The modulating signal and the modulating signal can together contain all information that is necessary to determine not only the size, but also the direction of the displacement. The detector required for this can be set up in very different ways, some of which are known.
The modulation can be brought about by having a second grid and the two grids being displaceable relative to one another, with one of the grids simultaneously being given a vibration movement in the direction of displacement. The lines of the grids are parallel to each other and the grids have the same period.
Furthermore, there can be an optical system with a mirror, by means of which the first grid is imaged in its natural size in such a way that the image shifts in the opposite direction to the grid itself, with the mirror or a part of it vibrating in the direction of the incident light, whereby the signal is phase modulated.
Furthermore, the mirror can be given a tilting movement about an axis parallel to the line direction of the grid, which can take place in that the mirror is fastened eccentrically on a rod or a tube made of magnetostrictive material.
It should be noted that it is known per se to measure a displacement optically-electronically, using a phase modulation of the light signal. However, no use is made of grids.
Three exemplary embodiments of the device according to the invention are explained in more detail below with reference to the drawings.
FIGS. 1 to 3 each show an exemplary embodiment, and
Fig. 4 shows a variant of the detector.
From Fig. 1, the movable grid 1 can be seen, the grid lines are intended to be perpendicular to the plane of the drawing. A second grid 2 is arranged at a short distance from the first grid, the grid areas being parallel to one another. The grid lines are also parallel to one another and the movement is directed perpendicular to these lines in the grid plane. The second grid is attached to one of the two legs of a tuning fork 7 so that when the tuning fork vibrates in a direction perpendicular to the grid lines, it performs a periodic movement in its plane, the frequency of which can be, for example, a few thousand periods per second and whose amplitude is preferably smaller than the grid period.
The movement is maintained by an electronic device 8 known per se, in which a feedback amplifier is attached, for example.
A light source 3 is also provided, which is located in the focal surface of the collimator lens 4. The light emerging from the collimator lens falls through the two grids, and one uses: firstly, the bundle of the first order generated by grid 1 from the bundle of zero order, which is generated by grid 2, and secondly, the bundle generated by grid 1 del of the zeroth order from the bundle of the first order generated by the grid 2.
These coherent bundles, which coincide in the direction, impinge on the photoelectric cell 6 via the lens 5, in which a signal arises which, when the grid 1 moves, a sinusoidal periodic signal with an angular frequency
2av a) = p, where p represents the grid period and v the shift per second of the grid 1. If at the same time the grid 2 executes a vibration movement with the angular frequency Q, a signal is generated in the line A which can be represented by Si = const + C sin (c, r + b sin Qt).
The signal consists of a constant part and a phase-modulated, sinusoidally changing part. It is combined with a signal derived from the device 9. The signals together contain all information about the size and the purpose of the shift of the grid 1.
These signals can be used in various ways to indicate the displacement.
In FIG. 1, it is assumed, for example, that the signal occurring at point B, which can be represented by 52 = C sin (Qt +), is phase rotated in device 10 by the angle p and also phase rotated in device 11 and here is doubled in frequency at the same time. There are thus signals in points C and D which are proportional to sin Qt and cos 2 Qt and are combined in devices 12 and 13 with the signal originating from the photocell. The latter devices are multiplicative detectors.
The alternating voltages generated therein are passed through the devices 14 and 15, which allow a frequency range below 1/2 ss to pass.
The signal appearing in line A can be written: SI. = const + C [sin (oxfJo (b) + 2J2 (b) cos2Dt + 2J, (b) cos40t ......] + C [cos? x {2J1 (b) sin Ot + 2J3 (b) sin 3Ot +].
Here J0 (b), Jx (b) etc. are the Bessel functions of the zeroth order, the first order etc. in b, where b = 2? U? p (u = amplitude of the leg of the tuning fork and p = grid period).
It is easy to see that after multiplicative detection and filtering, one element in each row remains at each of the output terminals F and H, namely one element proportional to cos ogx at F and one element proportional to sin s9X at H. The corresponding voltages can be fed to an indicator, for example the plates of an electron beam oscilloscope, which makes the size and the sense of the movement recognizable by means of a light spot rotating in a certain sign.
A DC voltage amplifier must be used with the detector described. A detection method which offers the advantage that only AC voltage amplifiers can be used is used in the device shown schematically in FIG. 4.
The signal occurring at point B, the frequency of which is determined by the natural frequency of the tuning fork, is proportional to sin (. + Q7). It is fed to the devices A1 and Az, in which pulses are formed from this signal.
The device Ai, which can be regarded as a pulse generator controlled by the signal S2, delivers short pulses in Dt = 0, Qt =; r, Ot = 2? etc. corresponding times. These pulses are fed to the gate circuits B1 and B2, to which at the same time the signal S from the amplifier B, which corresponds to the alternating voltage component of the signal at the output of the photodiode, is fed in antiphase. The gates B are open when the control signal is positive.
The output voltages from B and Bs act on a bistable circuit Cl which is set up in such a way that the output voltage is positive when one input receives pulses and is negative when the other input receives pulses. The device Bt can be designed as a filter which suppresses the direct voltage.
The device A2 delivers pulses at the times corresponding to Ot qat = 3a, Qt = 5a, etc. These impulses are the gates B:; and B. i supplied. There is another: second output, in which impulses are formed, which are defined by Ot = 0, Qt = 2? Ot = 4z etc. correspond to certain points in time. These pulses are fed to the gates B5 and Bs.
These gate circuits are also open when the control signal is positive. In the device B2, the direct voltage component of the signal originating from the photodiode is again suppressed, so that only the alternating voltage component
S = C sin (ogx + b sin S2t) remains, which is differentiated at the same time, with two output voltages + dS / dt and -dS / dt, which are fed to the gate circuits B3, B6 and the gate circuits B4, B5.
If
S = sin ((ox + b sin Ot) then - = cos (? X + b sinOt) (? Dx / dt + bOcosOt).
If the speeds of the first grid are not too high, i.e. if dt is small, the following applies: if 0 <(ox <, T, then S is positive for sin S2t = 0, a, 2s, ..., so that the pulses go from B2 to Ci and terminal I is positive.
If -? / 2 <? X <+? / 2, then --- is positive for = 0, 2 ?, 4? etc. So the impulses of Bo go to C2. dS / dt is negative for ir Ot = ?, 3?, 5? etc., so that the pulses go from B4 to C2. Terminal II is positive in both cases.
If now z <cox <2 a, then the terminal I is negative, and if
3 y <<- 'then terminal II is negative. The result is the following scheme:? X 1/2? ? 11/2? 2? 21/2? 3? + - + + -
II + - - + +
At terminals I and II there are mutually 90 phase-shifted pulse series from which an indication of the size and the sense of the shift can be achieved in the same way as before.
In the device of FIG. 2, in which signals similar to those of FIG. 1 are generated and which can be converted into display voltage in the same way, a semi-transparent mirror 18 is placed in the beam path of the light source 3 and an optical system 19 is provided , by means of which an image in the natural size of the grid itself is generated on the grid 1. For this purpose, the grid 1 is arranged in the front focal surface of the lens system 19. The bundle emerging from the collimator lens 4 hits the grid 1.
Of the bundles passing through the grid 1, those of the zeroth and first order are used, which impinge via the lens system 19 on the flat mirrors 17 and 16 attached in the rear focal surface of 19, of which 17 are fixed and 16 on the leg of one vibrating tuning fork is attached. After being thrown back, the bundles fall over 19 in the reverse direction onto the grid. The bundles generated from this reflected light by the grid 1 are used: firstly, the bundle of the zeroth order generated by the grid 1 from the light originating from 17, and secondly the bundle of the first order generated by the grid 1 from the light originating from the 16.
These coherent, in the direction of collapsing bundles pass in the backward direction through the collimator lens 4 and, after being reflected back through the semitransparent mirror 18, illuminate the photodiode 6 mounted in the focal surface of the combination of 4 and 18 has a period p, the signal is proportional to sin (2s 1 / + sin Q t)% zp.
In the embodiment according to FIG. 3, in which an image of the grid itself is also produced by means of a mirror 20 and a lens system 19, this mirror is attached to a rod 21 made of magnetostrictive material, which is clamped in the middle and through known means consisting of coils 22, 23 and caused by an amplifier 24 in longitudinal vibration. The vibration frequency can be several thousand vibrations per second.
The mirror 20 is eccentrically connected to the end of the rod 21 so that it performs a tilting movement about an axis perpendicular to the plane of the drawing:
From the light emerging from the collimator lens 4, the bundles of the -lth and +lth order generated by the grid 1 fall via the lens system 19 at points 26 and 27 onto the flat mirror 20, with the possibly occurring bundle of the zeroth order through a blackened part 25 of the mirror 20 is made ineffective. The reflected light falls through the grid 1 via 19 in the reverse direction.
Of the bundles emerging backwards from the grid 1, the following are used: firstly, the bundle of the order + 1 generated by the grid 1 from the light originating from 26; Second, the bundle of order-1 generated by the grid 1 from the light originating from 27.
These coherent bundles, which coincide in the direction, fall in the backward direction through the collimator lens 4 and, after being reflected back through the semitransparent mirror, illuminate the photoelectric cell attached in the focal surface of 4.
If the grid has the period p, the signal has the form
C sin (2z yf + b sinDt). l / 4 p
Here, b = 2z., U = angular amplitude of mirror 20 and f = focal length of the imaging system consisting of 19 and 20.
Since the phase of this signal can be determined in steps of 2 with the aid of zero crossings of a derived signal, the measurement step is 1p6. With a grid constant of 16, u, the f6 measuring steps are then equal to 1 c. In the example described last, the optical system that images the grid itself consists of a lens system with a flat mirror. It is obvious that the system can also be designed differently and that the mirror can be spherical, for example. It is also possible that the system consists of just one spherical concave mirror.