偏振片转角自动检测与控制装置制造方法及图纸

一种偏振片转角自动检测与控制装置，其特征在于：它由安装支架（１）、轴角编码器（２）、电机（３）、主动齿轮（５）、从动齿轮（４）、主动轮轴（６）、从动轮轴（７）、偏振片座（１０）、偏振片（１１）、挡光片（１２）、光耦合器（１３）和计算机接口电路共同连接构成，其相互位置与连接关系为：主动齿轮（５）和从动齿轮（４）分别通过主动轮轴（６）和从动轮轴（７）安装于安装支架（１）上，并使主动齿轮（５）和从动齿轮（４）相互耦合固定，且能紧密配合而同步转动；主动轮轴（６）的两端分别与轴角编码器（２）和电机（３）连接；轴角编码器（２）和电机（３）的电缆与计算机接口电路连接；从动轮轴（７）沿轴线方向具有用于光束通过的穿孔，从动轮轴（７）一端带有偏振片座（１０），偏振片（１１）安装于偏振片座（１０）内；在从动轮轴（７）或从动齿轮（４）上装有挡光片（１２）；在安装支架（１）上安装有与挡光片（１２）配合使用的光耦合器（１３）。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术涉及一种光学偏振片转角自动检测和控制装置，主要应用于光学精密仪器制造和偏振光的实验教学等方面，如自动椭偏仪和偏振光实验仪等。
技术介绍
在光学仪器的实验中，常常需要对偏振片的转角进行测量和控制。目前，对偏振片转角的控制，常采用计算机控制步进电机旋转的方法，即给步进电机一个脉冲，它就转过一个步进角。不同结构的步进电机，其步进角不一样，一般有0.9°、1.8°、15°或更大。要达到更小的步进角，存在着电机结构和机械加工方面的困难，难以保证转角的精确定位，虽然可以采用蜗轮蜗杆结构等机械方法，使步进角细分，但整个装置会变得体积很大，使用不便。另外，还可以采用电子电路对步进角进行细分的方法，但电机停下来的定位精度要达到0.01度以下，实际上并不容易。总之，步进电机只是控制偏振片的转动而不是检测实际的转角，难以达到较高的角度定位精度。(三)技术的内容本技术的目的在于提供一种新的偏振片转角自动检测与控制的装置。该装置能实时自动检测偏振片的实际转角，并能使偏振片精确定位于某一转角，有较高的检测和定位精度。本技术装置由安装支架、轴角编码器、电机、主动齿轮、从动齿轮、主动轮轴、从动轮轴、偏振片座、偏振片、挡光片、光耦合器和计算机接口电路共同连接构成，其相互位置与连接关系为主动齿轮和从动齿轮分别通过主动轮轴和从动轮轴安装于安装支架上，并使主动齿轮和从动齿轮相互耦合固定，且能紧密配合而同步转动；主动轮轴的两端分别与轴角编码器和电机连接；轴角编码器和电机的电缆与计算机接口电路连接；从动轮轴沿轴线方向具有用于光束通过的穿孔，从动轮轴一端带有偏振片座，偏振片安装于偏振片座内；在从动轮轴或从动齿轮上装有挡光片；在安装支架上安装有与挡光片配合使用的光耦合器。在上述装置中，所述的计算机接口电路采用ISA总线结构，由并行接口、计数器、角度信号处理电路、零位信号处理电路和电机转动控制电路等连接而成，其相互连接关系为并行接口和计数器与ISA总线连接；零位信号处理电路和电机转动控制电路与并行接口连接；角度信号处理电路与计数器连接，计数器与并行接口连接。上述所有构成计算机接口电路的单元电路和元器件都制于一块双面电路板上，并可以方便地插于带ISA插槽的计算机主板上。所述的并行接口采用intel8255A；计数器采用intel8253；角度信号处理电路由轴角编码器、整形电路、细分电路连接构成；零位信号处理电路由光电耦合器及信号放大电路与触发反相器连接构成；电机转动控制电路由电流放大电路、光电隔离器和继电器连接构成。其中，整形电路、细分电路、信号放大电路、电流放大电路采用通用结构。本技术装置的主动齿轮和从动齿轮采用精密传动齿轮，主动齿轮的直径应大于轴角编码器和电机的直径，从动齿轮的直径应大于偏振片座的直径，主动齿轮和从动齿轮的直径可以相等，也可以不相等。安装支架可采用轴承板或齿轮箱等，只要能起到所需的固定安装功能即可。主动轮轴与轴角编码器和电机的连接是通过连轴器来实现的；电机可以采用直流电机、交流电机或伺服电机等类型，转速必须均匀可调；轴角编码器可以是光电型、电容型、电阻型或其它形式，至少有一相以上的电脉冲输出，其角度分辨率根据实际使用精度要求选择，如1800P/R、3600P/R等；光耦合器是透射式的，可选用日本OMRON公司的EE系列或同类产品；挡光片的大小和形状根据光耦合器大小和外形配作；光耦合器的位置根据挡光片的位置确定；偏振片的直径和消光比根据光束大小和实际情况确定，可以采用胶合棱镜或人造材料类型。上述装置中的计算机接口电路原理如下接口电路采用ISA总线结构，实现信号的输入和输出功能。主要包含并行接口(intel8255A)、计数器(intel8253)、角度信号处理电路、零位信号处理电路和电机转动控制电路等组成。并行接口(intel8255A)是可编程三端并行I/O接口芯片，它还要和译码电路、数据缓冲和驱动电路配合，完成外部设备和信号与PC机的通信。脉冲计数(intel8253)是可编程计数/定时芯片，负责角度脉冲的计数，光电轴角编码器(E6B2C-WZ6C)送出A、B两相脉冲信号，位相相差90°，经74LS86组成细分电路进行两次细分，使角度分辩率进一步提高，再送到计数器(intel8253)；零位信号处理电路由光电耦合器及信号放大电路与触发反相器组成。当挡光片转到零位时，光耦合器的输出为低电平，放大后经SMITT触发反相器74LS14整形后变成高电平，输出到并行接口(intel8255A)，查询其相应端口是否为高电平，则可知道偏振片是否转到起点(零位)；电机转动控制电路由电流放大电路、光电隔离器(TLPS21-4)和继电器组成，由并行接口(intel8255A)送出的控制信号经单管放大器进行电流放大，通过光电隔离器直接控制继电器和电机，以减少它们对接口电路的干扰和影响，提高电路的可靠性和稳定性。本技术的转角控制工作原理如下首先通过软件设定偏振片的转角值，由计算机控制电机转动，带动轴角编码器转动，同时通过齿轮耦合传动，使偏振片同步转动，编码器的输出脉冲与偏振片转角之间具有一定的对应关系，实时检测编码器的输出脉冲数，并考虑电机惯性后，控制电机停转，从而实现自动测量和控制偏振片转角。偏振片的零位是通过在从动轮轴上或从动齿轮上设置挡光片，利用透射式光耦合器输出一个高电平或低电平信号送给计算机，作为角度的起点，同时，也是偏振片偏振方向的起点或零位。本装置的计算机检测及控制程序根据实际采用的接口电路结构形式来编制，具有如下功能1、自动检测偏振片的零位；2、偏振片任意转角(0～360°)的检测及控制；3、偏振片任意转角(0～360°)惯性的测试及自动修正等。编码器的输出脉冲与偏振片转角之间的函数关系通过如下方法推导轴角编码器转动时有一相以上的电脉冲输出，经过细分电路后，其角度分辨率为 (1)式中α原轴角编码器(2)的输出脉冲分辨率，n为细分电路的细分倍数。从理论上分析，减少α或增加n，可使 变得很小。因此，转角的测量就越精确。经齿轮耦合传动后，偏振片实际的转动角分辨率为 (2)式中Rm和Rs分别为主、从动齿轮的半径。则 可见，如Rm＜Rs，将进一步减少 ，提高角度分辨率。若取Rm＝Rs，得 同理，偏振片的实际转角或停止时的位置角也有与(2)式或(4)式类似的关系。通过输出脉冲的计数，可计算得到偏振片实际转角。如果Rm不等于Rs，同样可以通过上面的公式计算得到偏振片的实际转角。值得一提的是，为了精确地检测偏振片的转角，电机只能往一个方向旋转，避免由于齿轮间耦合引入的间隙误差。本技术装置具有如下优点或效果1、试验表明，本技术装置能实时自动检测偏振片的转角，测量精度较高，可以达到0.01°以下；2、本技术装置利用计算机对偏振片惯性的补偿方法，实现对偏振片的精确定位，克服步进电机定位精度不够高的困难；3、本装置结构紧凑，体积小，造价低和性能稳定可靠，可满足光机电仪器对偏振片转角测量的要求；4、本装置也能对电机及转动部件的转角、转速和惯性进行精密测量及控制，在自动测控等领域有较好的应用。附图说明图1是本技术第一种实施方式的结构示意图。图2是本技术另一种实施方式的结构示意图。图3是本技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄佐华，何振江，杨冠玲，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：实用新型
国别省市：