Устройство для измерения линейных перемещений

Устройство для измерения линейных перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее лазер , двухлучевой интерферометр, включающий референтный и информационный отражатели, образующие измерительный канал, и светоделительньй интерференционный элемент, фотопреобразователи и схему счета, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, оно снабжено дополнительным референтным отражателем -и интерференционным элементом , образунщими в совокупности с информационным отражателем второй измерительный канал, волоконно-оптическим преобразователем, оптически связывающим оба измерительных канала, интерференционный элемент выполнен в виде призмы с тремя светоделительными поверхностями, а длина резонатора лазера сеязана с разностью ходов лучей в первом и во втором измерительных каналах следушцим соотношением . , U , где L , I 2 - разности ходов лучей (О в первом и во втором измерительных каналах соответственно; L п -длина резонатора лазера, д -целое число.

СОЮЗ СОВЕТСНИК

UNV5O54

РЕСПУБЛИК ае а»

gag G 01 В 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТКОЙ (21) 3542292/18-28 (22) 26.01.83 (46) 30. 05. 84, Бюл. 0 20 (72) В.Ф.Поздняков, С.С.Сергеев, Н.В.Кудинов и О.М.Воробьев (71) Могилевский машиностроительный институт (53) 531.715.1(088.8) (56) 1. Коломийцов Ю.В. Интерферометры. Л., "Машиностроение", 1976, с ° 191.

2. Заявка Франции PI 7638917ý кл. 0 01 В 9/02, 1976 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее лазер, двухлучевой интерферометр, включающий референтный и информационный отражатели, образующие измерительный канал, и светоделительный интерференционный элемент, фотопреобраэователи и схему счета, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения, оно снабжено дополнительным референтным отражателем -и интерференционным элементом, образующими в совокупности с информационным отражателем второй измерительный канал, волоконно-оптическим преобразователем, оптически связывающим оба измерительных канала, интерференционный элемент выполнен в виде призмы с тремя светоделительными поверхностями, а длина резонатора лазера связана с разностью ходов лучей в первом и во втором измерительных каналах следующим соотношением

1 ,-L = — n, 2

O е где „, L — разности ходов лучей в первом и во втором измерительных каналах соответственно; — длина резонатора лазера; р — целое число.

1095034

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при измерении линейных перемещений объектов.

Преимущественно изобретение может 5 быть использовано при создании высокоточных измерительных систем, координатно-измерительных машин, инструментальных микроскопов и прецизионных металлорежущих станков, а также для научных исследований.

Известно устройство для измерения линейных перемещений, содержащее лазер, двухлучевой интерферометр с интерференционным светоделительным элементом, референтным отражателем, информационным отражателем и светоделительным элементом, фотопреобразователи и схему счета полос(1) .

Недостатком известного устройства 20 является узкий (малый) диапазон измерений при использовании в качестве источника когерентного оптического излучения нестабилизированного по частоте одномодового лазера. Этот недос- 25 таток обусловлен тем, что в указанных условиях диапазон измерений ограничен половиной длины резонатора используемого лазера.

Наиболее близким к изобретению gp является устройство для измерения линейных перемещений, содержащее лазер, двухлучевой интерферометр, включающий референтный и информационный отражатели, образующие измерительный канал, и светоделительный интерференционный элемент, фотопреобразователи и схему счета (2j .

Недостатком известного устройства является ограниченный диапазон изме- О рения в случае использования в схеме нестабилизированного одномодового лазера, поскольку при разности плеч интерферометра, равной длине резонатора лазера, контрастность интерферен.45 ционной картины равна нулю, что и ограничивает диапазон измерений.

Цель изобретения — расширение диапазона измерения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения линейных перемещений, содержащее лазер, двухлучевой интерферометр, включающий референтный и информационный отражатели, образующие измерительный канал, и светоделительный интерфе.ренционный элемент, фотопреобразователи и схему счета, снабжено дополнительными референтным отражателем и интерференционным элементом, образующими в совокупности с информационным отражателем второй измерительный канал, волоконно-оптическим преобразователем, оптически связывающим оба измерительных канала, интерференционный элемент выполнен в виде призмы с тремя светоделительными поверхностями, а длина резонатора лазера связана с разностью ходов лучей в первом и во втором измерительных каналах следующим соотношением

2 где L,, L — разности ходов лучей в первом и во втором измерительных каналах соответственно; — длина резонатора лазера; — целое число.

На фиг.1 показана оптическая схема устройства для измерения линейных перемещений; на фиг.2 — зависимость контраста интерференционной картины пт разности хода лучей с основным референтным отражателем, на фиг.3 то же, с дополнительным референтным отражателем; на фиг.4 — результирующая зависимость контраста от разности хода с двумя референтными отражателями на выходе волоконно-оптического преобразователя.

Устройство содержит лазер 1, светоделительный интерференционный элемент 2 с тремя светоделительными поверхностями g> P u II, информационный отражатель 3, закрепляемый на объекте 4, референтный отражатель 5, отражающие элементы 6, дополнительный референтный отражатель 7, интерференционный элемент 8, волоконно-оптический преобразователь 9, фотопреобразователи 10 и схему 11 счета полос.

Призма 12 светоделительного интерференционного элемента 2, информацион ный отражатель 3 и референтный отража. тель 5 образуют первый измерительный канал; призма 12 светоделительного интерференционного элемента 2, отражающие элементы 6, информационный отражатель 3, дополнительный референтный отражатель 7 и интерференци-, онный отражатель 8 образуют второй измерительный канал..

В месте локализации интерференционной картины обоих измерительных каналов установлены входные торцы бло10

L „= (ahf ge)-(аЬ С 3 е 1, з 109 ков волоконно-оптического преобразователя 9.

Измерительное плечо интерферометра первого измерительного канала образовано ходом луча между точкамибЪС36; референтное плечо образовано ходом луча между точками б ll f ge

Разность хода лучей Lq двух плеч интерферометра составляет

5034 4

Одна часть пучка направляется к референтному отражателю 5 интерферометра первого измерительного канала и отраt зившись в точках Ч, возвращается к светоделительной поверхности призмы 12 в точку 6 . Вторая часть пучка, отразившись от светоделительной поверхности Р призмы 2 в точке и, направляется в точку 4 отражающего элемента 6 и далее приходит к дополнительному референтному отражателю 7 второго .интерферометра паралИзмерительное плечо интерферометра параллельного измерительного канала образовано ходом луча между 15 точками a b c J 30; референтное плечо образовано ходом лучей между точками a Il k т YlO. разность хода лучей t двух плеч этого интерферометра составляет, щ

L 2=(abkwno)-(аЬс36о).

Основной и дополнительный референтные отражатели 5 и 7 расположены таким образом, что разность хода лучей референтного и измерительного плечей в интерферометрах двух измерительных каналов отличаются на величину, кратную половине длины резо- щ натора используемого лазера, т.е.

2 где 1, — длина резонатора лазера, 35 — целое число (П

1,2,3,, ), Устройство работает следующим образом.

Луч лазера l разделяется светодели-40 тельной поверхностью О(, призмы 12 в точке g на два пучка. Один из них направляется к информационному отражателю 3 в точку b и, отразившись в точках bc, возвращается к.призме 12, 45 где на светоделительной поверхности fj в точке (делится также на две части. Одна часть пучка, отражаясь в. точ. ке 5 отражающего элемента 6, направляется в точку 0 к интерференционному элементу 8, а вторая часть пучка направляется в точку е светоделительной поверхности призмы.12.

Часть пучка от лазера 1, прошедшая светоделительную поверхность g приз- 55 мы 12 в точке О, направляется к светоделительной поверхности в точку призмы 12, где также делится надвое. лельного измерительного канала. Отра зившись от него в точках rn p пучок попадает в точку 0 дополнительного интерференционного элемента 8.

В точке 6 на светоделительной поверхности призмы 2 и в точке 0 дополнительного интерференционного элемента 8 информационный пучок и референтные пучки, рекомбинируя между собой, образуют две системы интерференционных полос. Контрастность дан ных интерференционных полос в первом измерительном канале является периодической функцией от разности хода лучей в референтном и информационном плечах интерферометра (фиг.2).

k =1((о41 ГЕ1-(аЪс1е ) = f (1.,), где 1(— контрастность

Ь, — разность хода лучей в первом измерительном канале °

Период функции зависит от длины, резонатора лазера 1. В точках, кратных длине резонатора лазера, функция обращается в ноль, а в точках, кратных половине длины резонатора, имеем максимум, т.е. функция равна единице.

Контрастность интерференционной картины во втором параллельном измерительном канале также имеет вид периодической функции с периодом, равным длине резонатора лазера. но s отличии от первой функции, сдвинутой иа величину, равную половине длины L резонатора лазера 1 (фиг.3)

Суммарный оптический сигнал на выходе волоконно-оптического преобразователя 9 будет иметь контрастность

l описываемую периодической функцией, показанной на фиг.4. Она получена путем сложения функций зависимости контраста от пути, пройденного инфор1095034 мационным отражателем 3. Эта функция также периодическая с периодом, равным половине длины резонатора лазера. Максимальный контраст будет равен 0,8 и минимальный 0,5, что вполне достаточно для чувствительности фотоэлектрических фотопреобраэователей 10. На фотопреобразователи 10 поступают оптические сигналы с выходных торцов волоконно-оптического преобразователя 9, сдвинутые по фазе на /4 ширины интерференционной полосы. Далее они преобразуются в соответствующие электрические сигналы и подаются в схему 1.1 счета полос.

Использование изобретения позволяет увеличить диапазон измерения устройства при применении в нем в качестве источника когерентного оптического излучения нестабилизированного по частоте одномодового лазера, так как суммарная. контрастность интерференционных полос никогда не будет равна нулю. Диапазон иэмере10 ния ограничивается лишь побочными факторами: турбулентностью среды, где распространяется излучение в измерительном плече интерферометра, чувствительностью фотопреобразова15 телей, качеством усилителей и та де

1095034

Фиг,2

Редактор С.Пекарь

Заказ 3580/23 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,Ж-35, Раушская наб., д.. 4/5

К

1д к

Составитель Л.Лобзова .Техред ц,Тепер Корректор Н.Зинзикова

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4