專(zhuān)利名稱(chēng):產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于平移的電信號(hào)的裝置的制作方法
本發(fā)明涉及產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于平移的電信號(hào)的光學(xué)裝置，按照該技術(shù)，它包括一個(gè)按光束傳送光源的光輸出的光通道、一個(gè)接收光通道光輸出的光檢測(cè)器、以及一個(gè)用于信號(hào)處理的連接光檢測(cè)器輸出端的電子部件。本發(fā)明所建議采用的光學(xué)裝置能夠?qū)?yīng)于給定的平移和光強(qiáng)度之間的關(guān)系產(chǎn)生電信號(hào)輸出。
在工業(yè)及有關(guān)的領(lǐng)域內(nèi)，在農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)和生物學(xué)方面，通過(guò)由一個(gè)物理參數(shù)直接表征的物理過(guò)程的作用所引起的平移和/或形變測(cè)量該物理參數(shù)是一常規(guī)工作。測(cè)得的形變和/或平移給定了整個(gè)過(guò)程的度量。在此情況下，物理參數(shù)主要是指壓強(qiáng)、力、流量、引力作用等。當(dāng)然，通過(guò)平移或形變也能進(jìn)行電場(chǎng)或磁場(chǎng)、溫度變化、濕度變化等的側(cè)量。例如，放置在一磁場(chǎng)里的強(qiáng)磁性元件受到不同方向的力或者溫度差異引起物體變形等等。關(guān)于通過(guò)光學(xué)裝置進(jìn)行這些測(cè)量，1986年3月6日公布的DE-A1-3530093已告知了人們一種方法。
兩個(gè)物理參數(shù)之間的關(guān)系，往往能通過(guò)一個(gè)復(fù)雜函數(shù)加以描述。當(dāng)然，也有相當(dāng)簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系，例如，受重力的物質(zhì)之間的吸引力總是與物質(zhì)之間的距離平方成反比。復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系例如對(duì)于不同的溫度范圍熱膨脹系數(shù)的變化具有不同的值。
線性關(guān)系是最便于人們理解的，這就是為什么測(cè)量裝置以線性單位定標(biāo)的原因。這還有利于保證不同物理參數(shù)計(jì)量上的統(tǒng)一性。
通過(guò)許多機(jī)械和機(jī)電裝置，測(cè)得的非線性關(guān)系由復(fù)雜結(jié)構(gòu)表征的不同輔助裝置變換成線性關(guān)系。當(dāng)然，應(yīng)用一種裝置將非線性關(guān)系變換成線性關(guān)系降低了裝置的可靠性和增加了成本。
上述問(wèn)題也將在電氣或電子裝置的情況下得到解決，在該裝置中，通過(guò)執(zhí)行對(duì)數(shù)或指數(shù)運(yùn)算的各種乘法或除法電路裝置，應(yīng)用各種傳遞函數(shù)，將測(cè)得的值變換成線性標(biāo)度的值。這些電路裝置在大多數(shù)情況下是不穩(wěn)定的。另一個(gè)問(wèn)題是，變換為線性關(guān)系有時(shí)還需要復(fù)雜的功能元件，它們成為另外的非線性效應(yīng)和其他非預(yù)料誤差的來(lái)源。
兩個(gè)物理參數(shù)之間關(guān)系中非線性的另一個(gè)根源往往可由這樣的事實(shí)得以了解與理論研究所期望的正相反，在許多情況下，關(guān)系的非線性是由于質(zhì)量和不均勻性問(wèn)題、機(jī)械的不精確度、不可避免的損耗以及種種附加的影響等。
為此，本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作高度可靠和高度穩(wěn)定的裝置，因?yàn)槊恳粋€(gè)非線性的函數(shù)關(guān)系幾乎都能被變換成線性的或其他預(yù)定的關(guān)系。另一個(gè)目的是建立一種克服強(qiáng)電磁力源或放射性輻射源的各種外界干擾影響的穩(wěn)定的裝置。
本發(fā)明是基于這樣的構(gòu)思通過(guò)應(yīng)用至少兩個(gè)元件在光束傳播的途徑里調(diào)制該光束，并通過(guò)保證上述元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使可能生成強(qiáng)度是按照預(yù)定的函數(shù)變化的光束。該光束的強(qiáng)度是與元件的公共截面成正比的。在該方法中，平移和光強(qiáng)之間所要求的函數(shù)可望實(shí)現(xiàn)。
另一個(gè)構(gòu)思是，一個(gè)檢測(cè)上述元件輸出端的光束的光檢測(cè)器能夠用來(lái)生成平移和電壓或電流間的所要求的函數(shù)。如果在光束傳播的途徑里應(yīng)用兩個(gè)以上元件作調(diào)制，能夠獲得非常復(fù)雜的函數(shù)，并且能夠通過(guò)不是線性地而是沿另一預(yù)定方式平移元件，達(dá)到同樣的效果。這意味著，當(dāng)根據(jù)一個(gè)線性的或其他時(shí)間函數(shù)沿著一預(yù)定的途徑，特別是沿直線平移至少一個(gè)調(diào)制元件時(shí)，調(diào)制元件的幾何表面能保證輸出光束線性變化。
構(gòu)成本發(fā)明基礎(chǔ)的構(gòu)思可應(yīng)于實(shí)現(xiàn)相反功能，也就是，當(dāng)按照一線性函數(shù)平移調(diào)制元件時(shí)，根據(jù)一預(yù)定的函數(shù)產(chǎn)生一光信號(hào)或電流(電壓)信號(hào)。
操作方法及得到的結(jié)果與調(diào)制元件是由透射元件還是由反射元件所構(gòu)成無(wú)關(guān)。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種光學(xué)裝置，包括一個(gè)用于以光束形式傳送光源的光的光通道，一個(gè)接收光通道輸出光束的光檢測(cè)部件，以及一個(gè)連接光檢測(cè)部件的信號(hào)處理電子部件，按照本發(fā)明，在光束傳送的途徑里，在光檢測(cè)部件前面至少有一個(gè)用于調(diào)制光束至少一個(gè)面積參數(shù)的元件，并且調(diào)制元件連接到一個(gè)導(dǎo)向器，將它移入光束傳送方向的一個(gè)側(cè)向。
在所推薦裝置的最佳實(shí)施例里，光通道被分成多個(gè)分通道，它們能將一部分光束傳送到配置在分通道輸出端的各個(gè)光檢測(cè)部件上。
本發(fā)明的光學(xué)裝置能通過(guò)一個(gè)安排在光通道輸入端和輸出端之間光通道中斷區(qū)域里的光調(diào)制部件來(lái)方便地實(shí)現(xiàn)。
在最佳實(shí)施例里，光調(diào)制元件是由具有至少一個(gè)由透明或反射材料制成的光調(diào)制面的一個(gè)可動(dòng)元件和一個(gè)固定元件構(gòu)成。固定元件也能由作為光通道光輸出裝置的光通道端部構(gòu)成。
在所推薦裝置的另一個(gè)極佳的實(shí)施例里，固定元件和運(yùn)動(dòng)元件包括形狀不同的光調(diào)制面。
推薦的裝置能用一個(gè)至少反射一半光束的反射鏡制成，其中，反射鏡被安置在可動(dòng)元件上，安排在至少兩個(gè)光通道的中斷區(qū)域里，用來(lái)調(diào)制光束。
通過(guò)將光源連接到信號(hào)處理電子部件的一個(gè)輸出端，就可能根據(jù)被調(diào)制光束產(chǎn)生一個(gè)光輸出信號(hào)。
在理解本發(fā)明時(shí)，光束意指束狀的混合光或單色光，相干光和非相干光，偏振光和非偏振光，并且具有從遠(yuǎn)紫外直到遠(yuǎn)紅外的波長(zhǎng)。
平移意指一種由各種各樣的物理效應(yīng)(力，壓強(qiáng)，溫度差異等)引起的運(yùn)動(dòng)，并且該運(yùn)動(dòng)可以是宏觀的或微觀的。
所述的光通道包括各種能夠傳送光的物理元件，即，該通道包括真空空間、空氣、均勻的固態(tài)介質(zhì)或纖維型結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，光通道能用填滿(mǎn)在一密封空間里的各種氣體或液體介質(zhì)形成。
下面將通過(guò)參照所推薦裝置的各種實(shí)施例的附圖對(duì)本發(fā)明加以進(jìn)一步的更為詳盡的描述。在附圖中圖1是所推薦裝置的基本實(shí)施例的側(cè)視圖，圖2是具有兩個(gè)分支光通道的一個(gè)最佳實(shí)施例的側(cè)視圖，圖3是用兩個(gè)光通道組成的一個(gè)裝置的側(cè)視圖，圖4是由一個(gè)反射構(gòu)件連接的兩個(gè)光通道構(gòu)成的所推薦光學(xué)裝置的側(cè)視圖，圖5是包括至少三個(gè)分光通道的所推薦光學(xué)裝置的一個(gè)最佳實(shí)施例的側(cè)視圖，圖6是光調(diào)制面的一個(gè)例子，圖7是圖6所示表面的光強(qiáng)輸出，圖8是光調(diào)制面的另一個(gè)例子，圖9是圖8所示光調(diào)制面的光強(qiáng)輸出，圖10是光調(diào)制面的又一個(gè)例子，圖11是圖10所示光調(diào)制面的光輸出，圖12是光調(diào)制面的再一個(gè)例子，以及圖13是圖12所示光調(diào)制面的光輸出。
在本發(fā)明的光學(xué)裝置里(圖1至5)，一個(gè)光源10(它便利地連接到一個(gè)用于信號(hào)處理和產(chǎn)生輸出控制信號(hào)的電子部件50上)被安排在用于傳送光束F的光通道20的輸入端。光通道20具有一個(gè)用于將光傳輸?shù)桨ㄒ粋€(gè)固定構(gòu)件70和一個(gè)安裝有光調(diào)制面72的可動(dòng)構(gòu)件62的光調(diào)制部件60的光輸出端21。光調(diào)制部件60被安排在光通道20的中斷區(qū)域100。光通道20在中斷區(qū)域100之后再延續(xù)，并從那里的光輸入端22開(kāi)始，將一已調(diào)制光束F′傳送到一光檢測(cè)器30。光調(diào)制部件60的可動(dòng)構(gòu)件62被連接到一個(gè)沿箭頭M的方向平移可動(dòng)構(gòu)件62的可動(dòng)導(dǎo)向器40上。光檢測(cè)器30被連接到電子部件50的一個(gè)合適的輸入端。
光通道20能分為更多部分(圖2，3，4，5)。這時(shí)光通道20就具有那些構(gòu)成傳送分光束P的分光通道20′的分支。
本發(fā)明的實(shí)質(zhì)在于固定構(gòu)件70和可動(dòng)構(gòu)件62共同保證光束F的調(diào)制。在此情況下，所謂調(diào)制是指由光通道20傳送的光在光輸入端22的強(qiáng)度I不同于在光輸出端21的強(qiáng)度。這能通過(guò)各種裝置做到。在圖1里，光調(diào)制部件60包括分開(kāi)的可動(dòng)構(gòu)件62和固定構(gòu)件70。配備在這些構(gòu)件里的光調(diào)制面72的形狀可以不同或相同。它們能由反射或透射材料，即遮住或透過(guò)一部分離開(kāi)光通道20或分光通道20′的光輸出端21的光束F的材料制成。
在圖2里可看到固定構(gòu)件70和可動(dòng)構(gòu)件62在中斷區(qū)域100里的另一種可能的安置。固定構(gòu)件70實(shí)際上是光通道20(或分光通道20′)的光輸出端21。該輸出端可根據(jù)要求制成一定形狀，例如正方形或三角形?？蓜?dòng)構(gòu)件62被支承在中斷區(qū)域100里，并且導(dǎo)向器40被連接到一驅(qū)動(dòng)器上，它能按照預(yù)定的線性或其他的函數(shù)作平移。如果需要，該驅(qū)動(dòng)器也可連接到電子部件50上。
在圖3中能看到支承固定構(gòu)件70的各種可能性。該示意圖并不代表整個(gè)裝置，在此情況里，光通道20是由空氣或其他氣體介質(zhì)形成的。比如，如果在裝置里使用激光束，由于在此情況下，光束顯示高度的相干性，因此能應(yīng)用由氣體介質(zhì)形成的光通道。
圖4顯示了應(yīng)用反射面，例如反射鏡的一個(gè)例子。配置在可動(dòng)構(gòu)件62上的反射鏡應(yīng)該保證反射至少一半分光束P。在此情況下，可動(dòng)構(gòu)件62遮住輸出端21的一部分，它正是被反射分光束的光輸入端22的部分。
如圖5所示，本發(fā)明的光學(xué)裝置能用于產(chǎn)生電信號(hào)以供各種實(shí)際應(yīng)用。光通道20分為多個(gè)分光通道20′并在中斷區(qū)域100安排多個(gè)光調(diào)制部件60。制成各種形狀的光調(diào)制面72和具有連接到不同驅(qū)動(dòng)器上的可動(dòng)導(dǎo)向器40的可動(dòng)構(gòu)件62幾乎能保證得到過(guò)程控制系統(tǒng)或其他實(shí)際應(yīng)用所需的任何輸出信號(hào)。
在另一些圖里能看到光調(diào)制面72的一些例子。在圖6里，光調(diào)制面72是透明類(lèi)的。一個(gè)寬為W、長(zhǎng)為L(zhǎng)的縫隙在直徑為D的圓孔前面平移。這兩個(gè)構(gòu)件之間的距離為E，運(yùn)動(dòng)是沿箭頭M的方向進(jìn)行的。遮掩效應(yīng)從0點(diǎn)開(kāi)始。當(dāng)在圓孔前面平移縫隙時(shí)，光在輸出端的強(qiáng)度為I，強(qiáng)度曲線11呈一個(gè)大淺盤(pán)形，它由一條直線構(gòu)成。在圖8的裝置里能得到形成相反形狀的強(qiáng)度I的曲線11，在此情況下，縫隙是由反射材料制成的，而圓孔是由透明材料制成的。圖7和圖9的曲線實(shí)際上是相同的。
在圖10可看到光調(diào)制面72的另一個(gè)例子。光調(diào)制面中的一個(gè)是矩形透射構(gòu)件，另一個(gè)是一圓孔。通過(guò)在一個(gè)面前平移另一個(gè)面，能夠得到圖11所示的曲線，它包括一條直線12和在該直線前后的正弦弧段，該正弦弧段用標(biāo)號(hào)13表示。
如圖12所示，光調(diào)制面可分為更多部分。在此情況下，一個(gè)寬為W、長(zhǎng)為L(zhǎng)的縫隙與直徑為D，間距為E的兩個(gè)孔A、B相配合。這種情況下也能得到一正弦弧曲線13(見(jiàn)圖13)。
當(dāng)確定可動(dòng)導(dǎo)向器40相應(yīng)的合適運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)選擇光調(diào)制部件60的不同的面或適配的等同的面，有可能得到幾乎任何所需形狀的光輸出。
按照本發(fā)明裝置的操作方法是基于這樣的事實(shí)由檢測(cè)部件30檢測(cè)得的光強(qiáng)度正比于到達(dá)該部件的光束的表面。因此，光調(diào)制部件60里各個(gè)構(gòu)件的表面的公共截面80應(yīng)該按需變化。這種變化能通過(guò)兩個(gè)或更多的調(diào)制部件和通過(guò)選擇可動(dòng)構(gòu)件62合適的運(yùn)動(dòng)函數(shù)得到保證。
光檢測(cè)器30的輸出信號(hào)由電子部件50處理。該部件能方便地調(diào)節(jié)光源10的光輸出，因此能應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制過(guò)程。
權(quán)利要求
1.產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于平移的電信號(hào)的光學(xué)裝置，包括一個(gè)傳送由光源輸出的光束的光通道，一個(gè)檢測(cè)光通道輸出光束的光檢測(cè)部件以及一個(gè)用于處理電信號(hào)的連接到光檢測(cè)部件輸出端的電子部件，其特征在于，它還包括一個(gè)安排于光束(F)進(jìn)入到光檢測(cè)單元(30)之前向光通道(20)傳送途徑中的用于調(diào)節(jié)光束(F)的至少一個(gè)面積參數(shù)的光調(diào)制部件(30)，上述光調(diào)制部件連接到一可動(dòng)導(dǎo)向器(40)上，該可動(dòng)導(dǎo)向器保證其按光束(F)傳播途徑的側(cè)向運(yùn)動(dòng)。
2.按照權(quán)利要求
1所述的光學(xué)裝置，其特征在于，光通道(20)分成至少兩個(gè)分光通道(20′)，其中每一個(gè)分光通道(20′)被連接到適配分立的檢測(cè)部件(30)，并能夠傳送一部分光束(F)。
3.按照權(quán)利要求
1或2所述的光學(xué)裝置，其特征在于，它還包括一個(gè)至少是部分安排在光通道(20)一個(gè)中斷區(qū)域(100)里的光調(diào)制部件(60)。
4.按照前面的權(quán)利要求
中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)裝置，其特征在于，光調(diào)制部件(60)包括相互間可相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)可動(dòng)構(gòu)件(62)和一個(gè)固定構(gòu)件(70)，其中至少一個(gè)構(gòu)件包括一個(gè)光調(diào)制面(72)。
5.按照權(quán)利要求
4所述的光學(xué)裝置，其特征在于，固定構(gòu)件(70)是由在光調(diào)制部件(60)前面的光通道(20)的端部構(gòu)成的。
6.按照前面的權(quán)利要求
中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)裝置，其特征在于，光調(diào)制單元(60)包括安排在光通道(20)的中斷區(qū)域(100)、并具有形狀不同的光調(diào)制面的一個(gè)固定構(gòu)件(70)和一個(gè)可動(dòng)構(gòu)件(62)。
7.按照權(quán)利要求
2至6中任一項(xiàng)所述的光學(xué)裝置，其特征在于，它還包括安排于兩個(gè)分光通道(20′)的輸出端前面的可動(dòng)構(gòu)件(62)上的一個(gè)反射面，該反射面至多是半透明的，其中可動(dòng)構(gòu)件(62)被安排得遮掩分光通道(20′)的端部。
8.按照權(quán)利要求
1至7中任一項(xiàng)所述的光學(xué)裝置，其特征在于，它還包括由光透明和/或光反射材料制成的、用于改變光束(F)的形狀或/和面積的光調(diào)制面(72)。
9.按照權(quán)利要求
1至8中任一項(xiàng)所述的光學(xué)裝置，其特征在于，將光源(10)連接到電子部件(50)的一個(gè)輸出端。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明涉及產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于平移的電信號(hào)的光學(xué)裝置，它包括一個(gè)傳送由光源輸出的光束的光通道，一個(gè)檢測(cè)光通道的輸出光束的檢測(cè)部件，以及一個(gè)處理電信號(hào)的連接到光檢測(cè)部件輸出端的電子部件。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)在于它還包括一個(gè)安排在光束進(jìn)入到光檢測(cè)單元之前向光通道傳送途徑中的、用于調(diào)制光束的至少一個(gè)面積參數(shù)的光調(diào)制部件，該光調(diào)制部件連接到一可動(dòng)導(dǎo)向器上，該可動(dòng)導(dǎo)向器保證其按光束傳播途徑的側(cè)向運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)G01D5/347GK87106675SQ87106675
公開(kāi)日1988年6月22日 申請(qǐng)日期1987年9月29日
發(fā)明者奧爾瑪?！ひ了固厝f(wàn), 維格海伊·道瑪什 申請(qǐng)人:商業(yè)外貿(mào)公司服務(wù)機(jī)構(gòu)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan