Устройство реверсивного счета интерференционных полос

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в лазерных интерферометрах с реверсивным счетом импульсов.
Как правило, в таких интерферометрах сигналы интерференции регистрируются по двум каналам, причем фазы сигналов в каждом канале сдвинуты относительно друг друга на +90° или -90°.
Это позволяет с помощью логических устройств наряду со счетом числа интерференционных полос, прошедших через регистрирующее устройство, определять направление движения полос (реверсивный счет).
В частности известно устройство [Ван Дуйн. Цифровой реверсивный детектор. Электроника, №26, 1970], состоящее из входных формирователей схемы логической обработки и выходных формирователей, которые электрически связаны с входами схемы логической обработки, выходы которой электрически связаны с входами выходных формирователей.
Недостатком этого устройства является относительно низкая помехоустойчивость.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство реверсивного счета интерференционных полос [SU 1839877, A1, G01B 9/02, 20.06.2006], содержащее двухканальный преобразователь изображения полос в электросигналы и связанный с его выходом блок электронной логики с формирователями выходных сигналов, а также блок кодирования сигналов преобразователя в сигналы, соответствующие четырем возможным сочетаниям сигналов преобразователя и их циклических последовательностей, включенный между выходом упомянутого преобразователя и блоком электронной логики.
Недостатком устройства является относительно низкая точность.
Действительно, в устройствах счета интерференционных полос большое значение имеет масштабный коэффициент - количество подсчитанных импульсов на прохождение одной интерференционной полосы. Это особенно важно в лазерных гирокомпасах, поскольку масштабный коэффициент напрямую влияет на точность определения азимута [Ю.Ю. Колбас, Ю.Д. Голяев. Использование кольцевых лазеров для определения направлений на полюсы вращения Земли. Квантовая электроника, 42, №10, 2012, с. 949-952].
Поэтому, чем больше масштабный коэффициент, тем меньше ошибка дискретности, тем выше точность измерения азимута лазерным гирокомпасом [Голяев Ю., Исаев А., Колбас Ю., Лантратов С., Минзар В., Телегин Г. Гирокомпас на основе лазерного гироскопа с магнитооптическим управлением Электроника: Наука, технология, бизнес. 2006. №8. С. 66-71].
В устройстве-прототипе на каждое прохождение интерференционной полосы формируется один импульс для последующего подсчета. Это ограничивает возможность более точного определения числа интерференционных полос, поскольку характеризует относительно низкий масштабный коэффициент. Поэтому наиболее близкое техническое решение действительно обладает относительно низкой точностью.
Задача, которая решается в предложенном устройстве, направлена на создание устройства, которое обладает более высокой точностью.
Требуемый технический результат заключатся в повышении точности.
Поставленная задача решается, а требуемый технически результат достигается тем, что в устройство, содержащее первую цепь формирования счетных импульсов, содержащую первый и второй входные формирователи, блок подавления шумов, первый и второй входы которого соединены с выходами, соответственно, первого и второго входных формирователей, блок логической обработки, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены, соответственно, с первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока подавления шумов, а также первый и второй выходные формирователи, входы которых соединены, соответственно, с первым и вторым выходами блока логической обработки, согласно полезной модели, введены m цепей формирования счетных импульсов идентичной первой цепи формирования счетных импульсов, а также первый элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами первых выходных формирователей цепей формирования счетных импульсов и второй элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами вторых выходных формирователей цепей формирования счетных импульсов. На чертеже обозначены:
на фиг. 1 - функциональная схема устройства реверсивного счета интерференционных полос;
на фиг. 2 - иллюстрация размещения фоточувствительных площадок входных формирователей;
на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.
На чертеже обозначены:
1
1
m
m
1, 2, 1, 2, …, 1, 2 - входные формирователи цепей формирования счетных импульсов;
1
m
3, 3, …, 3 - блоки логической обработки;
1
1
m
m
4, 5, 4, 5, …, 4, 5 - выходные формирователи;
1
m
6, 6, …, 6 - блоки подавления шума (i=1…m);
7 - первый элемент ИЛИ;
8 - второй элемент ИЛИ;
S1 - входной сигнал на фоточувствительной площадке первого входного формирователя (ФП1) первой цепи формирования счетных импульсов;
S2 - входной сигнал на фоточувствительной площадке второго (ФП2), расположенной на расстоянии 1/4 периода интерференционной картины;
1
1
S1 - входной сигнал на фоточувствительной площадке ФП1 расположенной на расстоянии  периода интерференционной картины относительно ФП1;
1
1
1
S2 - входной сигнал на фоточувствительной площадке ФП2, расположенной на расстоянии  периода интерференционной картины относительно ФП1;
…
m
m
S1 - входной сигнал на фоточувствительной площадке ФП1, расположенной на расстоянии  периода интерференционной картины относительно ФП1,
m
m
m
S2 - входной сигнал на фоточувствительной площадке ФП2, расположенной на расстоянии 1/4 периода интерференционной картины относительно ФП1,
n
S3' - выходной сигнал на отрицательной шине 0 (сигнал S2 опережает по фазе сигнал S1),
p
S3' - выходной сигнал на положительной шине 0 (сигнал S1 опережает по фазе сигнал S2),
1
1
n
S3' - выходной сигнал на отрицательной шине 1 (сигнал S2 опережает по фазе сигнал S1),
1
1
p
S3' - выходной сигнал на положительной шине 1 (сигнал S1 опережает по фазе сигнал S2),
m
m
n
S3' - выходной сигнал на отрицательной шине m (сигнал S2 опережает по фазе сигнал S1),
m
m
p
S3' - выходной сигнал на положительной шине m (сигнал S1 опережает по фазе сигнал S2);
n
S3'' - суммарный выходной сигнал на отрицательной шине (сигнал S2 опережает по фазе сигнал S1);
p
S3'' - суммарный выходной сигнал на положительной шине (сигнал S1 опережает по фазе сигнал S2).
Предложенное устройство работает следующим образом.
От каждой пары фоточувствительных площадок вход устройства поступает 2 аналоговых сигнала движения полос интерференции S1 и S2, имеющих разность фаз +90° или -90°.
Аналоговые сигналы движения полос интерференции (фиг. 2) поступают на входы входных формирователей 1, 2 цепей формирования счетных импульсов (компараторы, срабатывающие при прохождении напряжения сигнала на входе нулевого уровня), которые преобразуют аналоговые сигналы (обычно синусоидальные) в прямоугольные импульсы. В условиях помех вблизи фронтов переключения возможны случаи ложных переключений. Для уменьшения влияния шумов используются блоки 6 подавления шумов. Блоки 6 представляют собой схемы кодирования. Сигналы с их выходов поступают в блоки 3 логической обработки, представляющие собой счетные схемы, которые вырабатывает импульсы по прямому выходу (положительная шина), например, если сигнал S1 опережает по фазе S2, и по реверсивному выходу (отрицательная шина), если сигнал S2 опережает по фазе S1.
Таким образом, на выходе блоков 3 логической обработки не формируются ложные импульсы от случайных помех, наложенных на сигналы S1 и S2 и приводящих к ложным переключениям входных формирователей 1, 2 цепей формирования счетных импульсов.
Импульсы с выходов блоков 3 проходят через выходные формирователи 4 и 5, которые формируют импульсы заданной длительности и амплитуды, удобные для дальнейшего подсчета в цифровых реверсивных счетчиках. Импульс по положительной шине означает прохождение 1 интерференционной полосы вправо, импульс по отрицательной шине означает прохождение 1 интерференционной полосы влево.
Все сигналы по прямому выходу объединяются первым элементом ИЛИ 7, а по реверсивному выходу - вторым элементом ИЛИ 8.
Благодаря тому, что в устройстве используется фотоприемник не с двумя фоточувствительными площадками, как в прототипе, а с 2⋅m фоточувствительными площадками, то масштабный коэффициент повышается в m раз. Максимальная величина m определяется по формуле:
min
где l - минимально возможная ширина фоточувствительной площадки фотоприемника, обеспечивающая соотношение сигнал/шум на выходе при заданных уровнях засветки и контраста интерференционной картины не менее 2.
Таким образом, в предложении достигается требуемый технический результат, который заключатся в повышении точности.