專利名稱:產(chǎn)生對應(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器、以及一個(gè)用于信號(hào)處理的連接光檢測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，通過由一個(gè)物理參數(shù)直接表征的物理過程的作用所引起的平移和/或形變測量該物理參數(shù)是一常規(guī)工作。測得的形變和/或平移給定了整個(gè)過程的度量。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，通過平移或形變也能進(jìn)行電場或磁場、溫度變化、濕度變化等的側(cè)量。例如，放置在一磁場里的強(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)于通過光學(xué)裝置進(jìn)行這些測量，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，往往能通過一個(gè)復(fù)雜函數(shù)加以描述。當(dāng)然，也有相當(dāng)簡單的函數(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。
通過許多機(jī)械和機(jī)電裝置，測得的非線性關(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，通過執(zhí)行對數(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，并通過保證上述元件相對運(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)檢測上述元件輸出端的光束的光檢測器能夠用來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部件，以及一個(gè)連接光檢測部件的信號(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)光檢測部件上。
本發(fā)明的光學(xué)裝置能通過一個(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，用來調(diào)制光束。
通過將光源連接到信號(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。
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。
下面將通過參照所推薦裝置的各種實(shí)施例的附圖對本發(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開始，將一已調(diào)制光束F′傳送到一光檢測器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。這能通過各種裝置做到。在圖1里，光調(diào)制部件60包括分開的可動(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，即遮住或透過一部分離開光通道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是透明類的。一個(gè)寬為W、長為L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、長為L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)由檢測部件30檢測得的光強(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。這種變化能通過兩個(gè)或更多的調(diào)制部件和通過選擇可動(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)雜的控制過程。
權(quán)利要求
1.產(chǎn)生對應(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)檢測光通道輸出光束的光檢測部件以及一個(gè)用于處理電信號(hào)的連接到光檢測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。
專利摘要
本發(fā)明涉及產(chǎn)生對應(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)檢測光通道的輸出光束的檢測部件，以及一個(gè)處理電信號(hào)的連接到光檢測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
公開日1988年6月22日 申請日期1987年9月29日
發(fā)明者奧爾瑪希·伊斯特萬, 維格海伊·道瑪什 申請人:商業(yè)外貿(mào)公司服務(wù)機(jī)構(gòu)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan