RU189105U1 - ANGULAR DISPOSITION SENSOR - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может найти применение в измерении и контроле пространственного положения элементов составного зеркала оптического телескопа. Заявленное устройство для измерения и контроля пространственного положения элементов составного зеркала основано на использовании псевдообращения волнового фронта контрольного пучка и методе фотоэлектрооптического усиления сигнала углового рассогласования. Устройство также содержит оборачивающую систему, жестко закрепленную на опорном зеркале с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной поверхности опорного зеркала. Изображение маски-позитива после отражения от контролируемого элемента совмещается с маской-негативом, о величине углового рассогласования судят по смещению изображения маски-позитива относительно маски-негатива. Фотоприемные устройства на выходе каналов маски-позитива и маски-негатива включены навстречу друг другу по дифференциальной схеме. При этом маска-позитив и маска-негатив могут быть выполнены в виде чередующихся прозрачных и непрозрачных концентрических колец, а направление углового рассогласования определяется с помощью квадрантных фотоприемников на выходах каждой из масок. Технический результат - повышение надежности работы устройства вследствие его упрощения при сохранении прецизионных свойств измерения углов. 2 ил.The invention relates to optical instrumentation and can be used in the measurement and control of the spatial position of the elements of the composite mirror of an optical telescope. The claimed device for measuring and controlling the spatial position of the elements of the composite mirror is based on the use of the pseudo-reversal of the wave front of the reference beam and the method of photoelectro-optical amplification of the angle error signal. The device also contains a wrapping system rigidly fixed to the supporting mirror so that it can be rotated around an axis perpendicular to the surface of the supporting mirror. The image of the mask-positive after reflection from the controlled element is combined with the mask-negative, the magnitude of the angular mismatch is judged by the displacement of the image of the mask-positive relative to the mask-negative. Photodetectors at the output of the channels of the mask-positive and the mask-negative are connected to each other in a differential scheme. In this case, the mask-positive and mask-negative can be made in the form of alternating transparent and opaque concentric rings, and the direction of the angle mismatch is determined using quadrant photodetectors at the outputs of each of the masks. The technical result is to increase the reliability of the device due to its simplification while maintaining the precision properties of angle measurement. 2 Il.

Description

Настоящая полезная модель относится к оптическому приборостроению и может найти применение в измерении и контроле пространственного положения элементов составного зеркала оптического телескопа.This utility model relates to optical instrumentation and can be used in the measurement and control of the spatial position of the elements of the composite mirror of an optical telescope.

Техническим результатом является повышение надежности работы устройства вследствие его упрощения при сохранении прецизионных свойств измерения углов.The technical result is to increase the reliability of the device due to its simplification while maintaining the precise properties of angle measurement.

Из существующего уровня техники известен фотоэлектрооптический усилитель [Ильин Р.С., Федотов Г.И., Федин Л.А. Лабораторные оптические приборы: учеб. пособие для вузов / Ильин Р.С., Федотов Г.И., Федин Л.А. -М.: Машиностроение, 1966. - 496 с.: ил. - Библиогр.: с. 490-492., стр. 437. Рис. 276. Схема фотоэлектрооптического усилителя], который реализует метод фотоэлектрооптического усиления сигнала углового рассогласования.From the current level of technology known photoelectrooptic amplifier [Ilyin RS, Fedotov GI, Fedin LA Laboratory optical devices: studies. manual for universities / Ilyin R.S., Fedotov G.I., Fedin L.A. -M .: Mashinostroenie, 1966. - 496 pp., Ill. - Bibliogr .: p. 490-492., P. 437. Fig. 276. Diagram of a photoelectrooptic amplifier], which implements the method of photoelectrooptic amplification of the signal of the angular mismatch.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является стыковочный датчик контроля положения элементов составного главного зеркала телескопа ACT-1200 [Васильев А.С., Высоцкий Ю.П., Гутников Б.Я., Стешенко Н.В., Сычев В.В. и др. Астрономический телескоп ACT-1200 с составным главным зеркалом / под общ. ред. Устинова Н.Д. // Оптико-механическая промышленность. 1985. №11. С. 22-25. Схема контроля положения элементов составного главного зеркала телескопа ACT-1200], который реализует методы псевдообращения волнового фронта контрольного пучка и метод фотоэлектрооптического усиления сигнала углового рассогласования, и содержит маску-позитив, изображение которой после отражения от контролируемого элемента совмещается с маской-негативом, а о величине углового рассогласования судят по смещению изображения маски-позитива относительно маски-негатива.The closest to the claimed technical solution is the docking sensor for monitoring the position of the elements of the composite main mirror of the ACT-1200 telescope [Vasilyev AS, Vysotsky Yu.P., Gutnikov B.Ya., Steshenko NV, Sychev VV and others. Astronomical telescope ACT-1200 with a composite main mirror / under total. ed. Ustinova N.D. // Optical-mechanical industry. 1985. No. 11. Pp. 22-25. The control circuit of the position of the elements of the composite main mirror of the telescope ACT-1200], which implements the pseudo-reversal of the wave front of the control beam and the method of photoelectro-optical amplification of the angle error signal, and contains a positive mask, the image of which after reflection from the controlled element is combined the magnitude of the angle mismatch is judged by the displacement of the image of the mask-positive relative to the mask-negative.

Принципиальная схема исполнения датчика углового рассогласования представлена на фиг. 1 и 2. В качестве источника света используется ИК-фотодиод 1. Свет от источника падает на выпуклую линзу 2 и, пройдя сквозь куб-призму 3, освещает параллельным пучком маску-позитив 4. Далее световой пучок проходит путь через выпуклую линзу 5, куб-призму 6, оптический световод 7 и световозвращатель 8 и попадает параллельным пучком на элемент составного зеркала 9, сопрягаемый к опорному элементу 10. Отражаясь от элемента 9, световой пучок проходит обратный путь последовательно через элементы 8, 7, 6 и попадает через выпуклую линзу 11 на маску-негатив 12, расположенную в фокальной плоскости линзы 11. A schematic diagram of the execution of the angle mismatch sensor is shown in FIG. 1 and 2. As a light source, an IR photodiode 1 is used. Light from a source falls on a convex lens 2 and, passing through a cube-prism 3, illuminates with a parallel beam a mask-positive 4. Next, the light beam travels through a convex lens 5, cube - prism 6, optical light guide 7 and retroreflector 8 and hits a parallel beam on the element of the composite mirror 9 mating to the supporting element 10. Reflected from element 9, the light beam travels back through the elements 8, 7, 6 and enters through the convex lens 11 on the negative mask 12, ra focal plane of the lens 11.

Далее световой пучок через выпуклую линзу 13 попадает на светочувствительный элемент 14. В свою очередь часть света, отраженная в куб-призме 3 от маски-позитива 4, попадает через выпуклую линзу 15 на светочувствительный элемент 16. Таким образом, световые пучки, прошедшие через маску-позитив 4 и маску-негатив 12, выполненные в виде чередующихся прозрачных и непрозрачных концентрических колец, регистрируются на квадрантных фотоприемниках 20 и 21 светочувствительных элементов 16 и 14 соответственно (фигура 2). Полученные на элементах 14 и 16 сигналы попадают в дифференциальный преобразователь сигнала 17, где они, включенные навстречу друг другу, формируют сигнал, пропорциональный величине смещения изображений на масках 12 и 4. При этом световозвращенное позитивное изображение маски накладывается одновременно на маску- позитив 4 и маску-негатив 12. В случае смещения изображений, сигнал с выхода 16 будет уменьшаться, а с выхода 14 - увеличиваться. Включенные встречно сигналы на нагрузке удваиваются с эффектом вычитания шумов и помех.Next, the light beam through the convex lens 13 hits the photosensitive element 14. In turn, the part of the light reflected in the cube-prism 3 from the mask-positive 4 passes through the convex lens 15 to the photosensitive element 16. Thus, the light beams passing through the mask -positive 4 and mask-negative 12, made in the form of alternating transparent and opaque concentric rings, are recorded on quadrant photodetectors 20 and 21 of the photosensitive elements 16 and 14, respectively (figure 2). The signals received on elements 14 and 16 fall into the differential signal converter 17, where they, connected to each other, form a signal proportional to the amount of displacement of the images on masks 12 and 4. At the same time, the retroreflective positive mask image is superimposed simultaneously on the mask-positive 4 and mask -negative 12. In the case of image shift, the signal from output 16 will decrease, and from output 14 - to increase. Signals on the load that are turned on are doubled with the effect of subtracting noise and interference.

При отсутствии же углового рассогласования между сопрягаемыми элементами 9 и 10 на выходе блока сумматора сигналов 17 будет нулевой сигнал. При наличии углового рассогласования между этими сегментами на выходе будет сигнал, пропорциональный величине этого рассогласования.In the absence of the angular mismatch between the mating elements 9 and 10 at the output of the block of the adder signals 17 will be a zero signal. If there is an angular mismatch between these segments, the output will be a signal proportional to the magnitude of this mismatch.

Таким образом, дифференциальный преобразователь 17 формирует сигнал управления для исполнительного механизма (актуатора), отрабатывающего рассогласование. Thus, the differential Converter 17 generates a control signal for the actuator (actuator), working off the mismatch.

Для обеспечения целостности выступающей за габарит опорного элемента 10 составного зеркала оптической прямоугольной призмы 8, последняя выполняется с механизмом 18 поворота ее в рабочее положение после раскрытия конструкции СГЗ в космосе. Механизм поворота 18 закреплен на опорном элементе составного зеркала 10 в узле 19.To ensure the integrity of the supporting element 10 of the composite mirror of the optical rectangular prism 8, the latter is performed with the mechanism 18 of turning it to the working position after opening the SHS structure in space. The rotation mechanism 18 is fixed on the supporting element of the composite mirror 10 in the node 19.

В результате обработки сигналов в 17 вырабатывается соответствующее управляющее воздействие, и производится коррекция в соответствующих угловых координатах элементов СГЗ по двум направлениям декартовой системы координат.As a result of signal processing in 17, a corresponding control action is generated, and correction is made in the corresponding angular coordinates of the CPE elements in two directions of the Cartesian coordinate system.

Claims (3)

1. Устройство для измерения и контроля пространственного положения элементов составного зеркала, основанное на использовании псевдообращения волнового фронта контрольного пучка и методе фотоэлектрооптического усиления сигнала углового рассогласования, отличающееся тем, что оно содержит оборачивающую систему, закрепленную на опорном зеркале с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной поверхности опорного зеркала, а фотоприемные устройства на выходе каналов маски-позитива и маски-негатива включены навстречу друг другу по дифференциальной схеме.1. A device for measuring and controlling the spatial position of elements of a composite mirror based on the use of the pseudo-reversal of the wave front of the control beam and the method of photoelectro-optical amplification of the angle mismatch signal, characterized in that it contains a wrapping system mounted on the supporting mirror rotatably around an axis perpendicular to the surface of the reference mirror, and the photodetectors at the output of the channels of the mask-positive and the negative mask are turned on towards each other along and the differential scheme. 2. Устройство для измерения и контроля пространственного положения элементов составного зеркала по п. 1, отличающееся тем, что в нем маска-позитив и маска-негатив выполнены в виде чередующихся прозрачных и непрозрачных концентрических колец, а направление углового рассогласования определяется с помощью квадрантных фотоприемников на выходах каждой из масок.2. A device for measuring and monitoring the spatial position of the elements of the composite mirror according to claim 1, characterized in that in it the mask-positive and mask-negative are made in the form of alternating transparent and opaque concentric rings, and the direction of the angular mismatch is determined using quadrant photodetectors on outputs of each of the masks. 3. Устройство для измерения и контроля пространственного положения элементов составного зеркала по п. 1, отличающееся тем, что в нем оптическая система в составе световода, куб-призмы, объективов и обеих масок жестко закреплены на опорном зеркале.3. A device for measuring and monitoring the spatial position of the elements of the composite mirror according to claim 1, characterized in that it comprises an optical system consisting of a light guide, a cube-prism, lenses, and both masks rigidly fixed to the reference mirror.

Images