专利名称:产生对应于平移的电信号的装置的制作方法
本发明涉及产生对应于平移的电信号的光学装置，按照该技术，它包括一个按光束传送光源的光输出的光通道、一个接收光通道光输出的光检测器、以及一个用于信号处理的连接光检测器输出端的电子部件。本发明所建议采用的光学装置能够对应于给定的平移和光强度之间的关系产生电信号输出。
在工业及有关的领域内，在农业、医学和生物学方面，通过由一个物理参数直接表征的物理过程的作用所引起的平移和/或形变测量该物理参数是一常规工作。测得的形变和/或平移给定了整个过程的度量。在此情况下，物理参数主要是指压强、力、流量、引力作用等。当然，通过平移或形变也能进行电场或磁场、温度变化、湿度变化等的侧量。例如，放置在一磁场里的强磁性元件受到不同方向的力或者温度差异引起物体变形等等。关于通过光学装置进行这些测量，1986年3月6日公布的DE-A1-3530093已告知了人们一种方法。
两个物理参数之间的关系，往往能通过一个复杂函数加以描述。当然，也有相当简单的函数关系，例如，受重力的物质之间的吸引力总是与物质之间的距离平方成反比。复杂的函数关系例如对于不同的温度范围热膨胀系数的变化具有不同的值。
线性关系是最便于人们理解的，这就是为什么测量装置以线性单位定标的原因。这还有利于保证不同物理参数计量上的统一性。
通过许多机械和机电装置，测得的非线性关系由复杂结构表征的不同辅助装置变换成线性关系。当然，应用一种装置将非线性关系变换成线性关系降低了装置的可靠性和增加了成本。
上述问题也将在电气或电子装置的情况下得到解决，在该装置中，通过执行对数或指数运算的各种乘法或除法电路装置，应用各种传递函数，将测得的值变换成线性标度的值。这些电路装置在大多数情况下是不稳定的。另一个问题是，变换为线性关系有时还需要复杂的功能元件，它们成为另外的非线性效应和其他非预料误差的来源。
两个物理参数之间关系中非线性的另一个根源往往可由这样的事实得以了解与理论研究所期望的正相反，在许多情况下，关系的非线性是由于质量和不均匀性问题、机械的不精确度、不可避免的损耗以及种种附加的影响等。
为此，本发明的目的是实现一种结构简单、操作高度可靠和高度稳定的装置，因为每一个非线性的函数关系几乎都能被变换成线性的或其他预定的关系。另一个目的是建立一种克服强电磁力源或放射性辐射源的各种外界干扰影响的稳定的装置。
本发明是基于这样的构思通过应用至少两个元件在光束传播的途径里调制该光束，并通过保证上述元件相对运动，使可能生成强度是按照预定的函数变化的光束。该光束的强度是与元件的公共截面成正比的。在该方法中，平移和光强之间所要求的函数可望实现。
另一个构思是，一个检测上述元件输出端的光束的光检测器能够用来生成平移和电压或电流间的所要求的函数。如果在光束传播的途径里应用两个以上元件作调制，能够获得非常复杂的函数，并且能够通过不是线性地而是沿另一预定方式平移元件，达到同样的效果。这意味着，当根据一个线性的或其他时间函数沿着一预定的途径，特别是沿直线平移至少一个调制元件时，调制元件的几何表面能保证输出光束线性变化。
构成本发明基础的构思可应于实现相反功能，也就是，当按照一线性函数平移调制元件时，根据一预定的函数产生一光信号或电流(电压)信号。
操作方法及得到的结果与调制元件是由透射元件还是由反射元件所构成无关。
因此，本发明的目的在于提供一种光学装置，包括一个用于以光束形式传送光源的光的光通道，一个接收光通道输出光束的光检测部件，以及一个连接光检测部件的信号处理电子部件，按照本发明，在光束传送的途径里，在光检测部件前面至少有一个用于调制光束至少一个面积参数的元件，并且调制元件连接到一个导向器，将它移入光束传送方向的一个侧向。
在所推荐装置的最佳实施例里，光通道被分成多个分通道，它们能将一部分光束传送到配置在分通道输出端的各个光检测部件上。
本发明的光学装置能通过一个安排在光通道输入端和输出端之间光通道中断区域里的光调制部件来方便地实现。
在最佳实施例里，光调制元件是由具有至少一个由透明或反射材料制成的光调制面的一个可动元件和一个固定元件构成。固定元件也能由作为光通道光输出装置的光通道端部构成。
在所推荐装置的另一个极佳的实施例里，固定元件和运动元件包括形状不同的光调制面。
推荐的装置能用一个至少反射一半光束的反射镜制成，其中，反射镜被安置在可动元件上，安排在至少两个光通道的中断区域里，用来调制光束。
通过将光源连接到信号处理电子部件的一个输出端，就可能根据被调制光束产生一个光输出信号。
在理解本发明时，光束意指束状的混合光或单色光，相干光和非相干光，偏振光和非偏振光，并且具有从远紫外直到远红外的波长。
平移意指一种由各种各样的物理效应(力，压强，温度差异等)引起的运动，并且该运动可以是宏观的或微观的。
所述的光通道包括各种能够传送光的物理元件，即，该通道包括真空空间、空气、均匀的固态介质或纤维型结构。当然，光通道能用填满在一密封空间里的各种气体或液体介质形成。
下面将通过参照所推荐装置的各种实施例的附图对本发明加以进一步的更为详尽的描述。在附图中图1是所推荐装置的基本实施例的侧视图，图2是具有两个分支光通道的一个最佳实施例的侧视图，图3是用两个光通道组成的一个装置的侧视图，图4是由一个反射构件连接的两个光通道构成的所推荐光学装置的侧视图，图5是包括至少三个分光通道的所推荐光学装置的一个最佳实施例的侧视图，图6是光调制面的一个例子，图7是图6所示表面的光强输出，图8是光调制面的另一个例子，图9是图8所示光调制面的光强输出，图10是光调制面的又一个例子，图11是图10所示光调制面的光输出，图12是光调制面的再一个例子，以及图13是图12所示光调制面的光输出。
在本发明的光学装置里(图1至5)，一个光源10(它便利地连接到一个用于信号处理和产生输出控制信号的电子部件50上)被安排在用于传送光束F的光通道20的输入端。光通道20具有一个用于将光传输到包括一个固定构件70和一个安装有光调制面72的可动构件62的光调制部件60的光输出端21。光调制部件60被安排在光通道20的中断区域100。光通道20在中断区域100之后再延续，并从那里的光输入端22开始，将一已调制光束F′传送到一光检测器30。光调制部件60的可动构件62被连接到一个沿箭头M的方向平移可动构件62的可动导向器40上。光检测器30被连接到电子部件50的一个合适的输入端。
光通道20能分为更多部分(图2，3，4，5)。这时光通道20就具有那些构成传送分光束P的分光通道20′的分支。
本发明的实质在于固定构件70和可动构件62共同保证光束F的调制。在此情况下，所谓调制是指由光通道20传送的光在光输入端22的强度I不同于在光输出端21的强度。这能通过各种装置做到。在图1里，光调制部件60包括分开的可动构件62和固定构件70。配备在这些构件里的光调制面72的形状可以不同或相同。它们能由反射或透射材料，即遮住或透过一部分离开光通道20或分光通道20′的光输出端21的光束F的材料制成。
在图2里可看到固定构件70和可动构件62在中断区域100里的另一种可能的安置。固定构件70实际上是光通道20(或分光通道20′)的光输出端21。该输出端可根据要求制成一定形状，例如正方形或三角形。可动构件62被支承在中断区域100里，并且导向器40被连接到一驱动器上，它能按照预定的线性或其他的函数作平移。如果需要，该驱动器也可连接到电子部件50上。
在图3中能看到支承固定构件70的各种可能性。该示意图并不代表整个装置，在此情况里，光通道20是由空气或其他气体介质形成的。比如，如果在装置里使用激光束，由于在此情况下，光束显示高度的相干性，因此能应用由气体介质形成的光通道。
图4显示了应用反射面，例如反射镜的一个例子。配置在可动构件62上的反射镜应该保证反射至少一半分光束P。在此情况下，可动构件62遮住输出端21的一部分，它正是被反射分光束的光输入端22的部分。
如图5所示，本发明的光学装置能用于产生电信号以供各种实际应用。光通道20分为多个分光通道20′并在中断区域100安排多个光调制部件60。制成各种形状的光调制面72和具有连接到不同驱动器上的可动导向器40的可动构件62几乎能保证得到过程控制系统或其他实际应用所需的任何输出信号。
在另一些图里能看到光调制面72的一些例子。在图6里，光调制面72是透明类的。一个宽为W、长为L的缝隙在直径为D的圆孔前面平移。这两个构件之间的距离为E，运动是沿箭头M的方向进行的。遮掩效应从0点开始。当在圆孔前面平移缝隙时，光在输出端的强度为I，强度曲线11呈一个大浅盘形，它由一条直线构成。在图8的装置里能得到形成相反形状的强度I的曲线11，在此情况下，缝隙是由反射材料制成的，而圆孔是由透明材料制成的。图7和图9的曲线实际上是相同的。
在图10可看到光调制面72的另一个例子。光调制面中的一个是矩形透射构件，另一个是一圆孔。通过在一个面前平移另一个面，能够得到图11所示的曲线，它包括一条直线12和在该直线前后的正弦弧段，该正弦弧段用标号13表示。
如图12所示，光调制面可分为更多部分。在此情况下，一个宽为W、长为L的缝隙与直径为D，间距为E的两个孔A、B相配合。这种情况下也能得到一正弦弧曲线13(见图13)。
当确定可动导向器40相应的合适运动时，通过选择光调制部件60的不同的面或适配的等同的面，有可能得到几乎任何所需形状的光输出。
按照本发明装置的操作方法是基于这样的事实由检测部件30检测得的光强度正比于到达该部件的光束的表面。因此，光调制部件60里各个构件的表面的公共截面80应该按需变化。这种变化能通过两个或更多的调制部件和通过选择可动构件62合适的运动函数得到保证。
光检测器30的输出信号由电子部件50处理。该部件能方便地调节光源10的光输出，因此能应用于实现复杂的控制过程。
权利要求
1.产生对应于平移的电信号的光学装置，包括一个传送由光源输出的光束的光通道，一个检测光通道输出光束的光检测部件以及一个用于处理电信号的连接到光检测部件输出端的电子部件，其特征在于，它还包括一个安排于光束(F)进入到光检测单元(30)之前向光通道(20)传送途径中的用于调节光束(F)的至少一个面积参数的光调制部件(30)，上述光调制部件连接到一可动导向器(40)上，该可动导向器保证其按光束(F)传播途径的侧向运动。
2.按照权利要求
1所述的光学装置，其特征在于，光通道(20)分成至少两个分光通道(20′)，其中每一个分光通道(20′)被连接到适配分立的检测部件(30)，并能够传送一部分光束(F)。
3.按照权利要求
1或2所述的光学装置，其特征在于，它还包括一个至少是部分安排在光通道(20)一个中断区域(100)里的光调制部件(60)。
4.按照前面的权利要求
中任何一项所述的光学装置，其特征在于，光调制部件(60)包括相互间可相对运动的一个可动构件(62)和一个固定构件(70)，其中至少一个构件包括一个光调制面(72)。
5.按照权利要求
4所述的光学装置，其特征在于，固定构件(70)是由在光调制部件(60)前面的光通道(20)的端部构成的。
6.按照前面的权利要求
中的任一项所述的光学装置，其特征在于，光调制单元(60)包括安排在光通道(20)的中断区域(100)、并具有形状不同的光调制面的一个固定构件(70)和一个可动构件(62)。
7.按照权利要求
2至6中任一项所述的光学装置，其特征在于，它还包括安排于两个分光通道(20′)的输出端前面的可动构件(62)上的一个反射面，该反射面至多是半透明的，其中可动构件(62)被安排得遮掩分光通道(20′)的端部。
8.按照权利要求
1至7中任一项所述的光学装置，其特征在于，它还包括由光透明和/或光反射材料制成的、用于改变光束(F)的形状或/和面积的光调制面(72)。
9.按照权利要求
1至8中任一项所述的光学装置，其特征在于，将光源(10)连接到电子部件(50)的一个输出端。
专利摘要
本发明涉及产生对应于平移的电信号的光学装置，它包括一个传送由光源输出的光束的光通道，一个检测光通道的输出光束的检测部件，以及一个处理电信号的连接到光检测部件输出端的电子部件。本发明的实质在于它还包括一个安排在光束进入到光检测单元之前向光通道传送途径中的、用于调制光束的至少一个面积参数的光调制部件，该光调制部件连接到一可动导向器上，该可动导向器保证其按光束传播途径的侧向运动。
文档编号G01D5/347GK87106675SQ87106675
公开日1988年6月22日 申请日期1987年9月29日
发明者奥尔玛希·伊斯特万, 维格海伊·道玛什 申请人:商业外贸公司服务机构导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan