Измеритель перемещений
Патент 1415065
Авторы
Классы МПК
Измеритель перемещений
Иллюстрации
Реферат
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений . Цель изобр1етеиия - повьшение точности - достигается за счет снижения погрешностей определения дробной части интерференционной полосы и длины волны лазера путем использования резкой зависимости частоты излучения лазера от величины перемещения зеркала резонатора. Измерения осуществляются путем подсчета целого числа интерференционных полос интерферометра , образованного лазером 1 и отражателями 4 и 5, и дробной части полосы, которая определяется по изменению частоты излучения дополнительного лазера, одно из зеркал которого кинематически связано с отражателем 5. При вычислении дробной части полосы также измеряется длина волны я лазера 1. Вычислительный блок 9 осуществляет коррекцию показаний интерферометра с учетом изменения . I ил. (/
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК и 4 G 01 В 21/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTQPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4213971/24-28 (22) 24.03.87 (46) 07.08,88, Бюл. Р 29 (72) В.Е.Привалов и А.В.Сальников (53) 531.? (088,8) (56) Коронкевич В.П., Ханов В.А.
Современные лазерные интерферометры. - Новосибирск: Наука, 1985, с. 11 ° (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использо ° вано для измерения линейных перемеще» ний. Цель изобретения - повышение точности достигается эа счет сни жения погрешностей определения дробной части интерференционной полосы
„„Я0„„1415065 А 1 и длины волны лазера путем использо вания резкой зависимости частоты излучения лазера от величины перемеще ння зеркала резонатора. Измерения осуществляются путем подсчета целого чнспа интерференционных полос интер» ферометра, образованного лазером 1 и отражателями 4 и 5, и дробной части полосы, которая определяется по изменению частоты излучения допол нительного лазера, одно из зеркал которого кинематически связано с отражателем 5. При вычислении дроб ной части полосы также измеряется длина волны лазера 1. Вычислитель ный блок 9 осуществляет коррекцию показаний интерферометра с учетом изменения \. l ил.
1415065
9, куда предварительно заносится информация о длине волны излучения в вакууме стабилизированного лазера
1 (A „). При подаче иэ индикаторного блока 10 сигнала "Начало измерения"
Изобретение относится к измери тельной технике и может быть ислоль1 овано для измерения линейных перемещений.
Цель изобретения — повышение точности за счет снижения погрешностей
1 определения дробной части интерферен» ционной.полосы и длины волны лазера
Йутем использования резкой эависи- 10 ! мости частоты излучения лазера от еличины перемещения зеркала резонаора.
На чертеже представлена блок-схема устройства. 15
Устройство содержит стабилизироанный лазер 1 (ЛХ), первый дополниельный светоделитель 2, светоделиель 3, измерительный отражатель 4, еферентный отражатель 5, фотоприем- 20 ик 6, усилитель 7, счетчик 8 импульов, вычислительный блок 9, индика1орный блок 10, дополнительный лазер
ЛХХ) образованный активным элеменом 11 и зеркалами 12 и 13, одно из ото ьгл жестко крепится к референтому отражателю 5, поворотное зерка« ло 14, второй дополнительный светоде- литель 15, дополнительный фотоприем ик 16, усилитель 17, частотомер 18
g пьезокорректор 19.
Устройство работает следующим образом.
Излучение стабилизированного лазера 1 (ЛХ) делится первым дополни- 35 тельным светоделителем 2 на основной и вспомогательный лучи, распространяющиеся в направлении светоделителя 3 и второго дополнительного светоделителя 15 соответственно. Основной луч 40 делится светоделителем 3 на референтный луч, распространяющийся к референтному отражателю 5, и измерительный луч, распространяющийся в направ» лении измерительного отражателя 4, 45 перемещение которого измеряется. Отра-. зившись, они соединяются в светоделителе 3. В плоскости фотоприемника 6 происходит их интерференция.
Последовательно соединенные фотоприемник 6, усилитель 7, счетчик 8 импульсов подсчитывают целое число интерференционных полос (N) число которых подается в вычислительный блок вычислительный блок 9 считывает значение со счетчика 8 импульсов и подает с управляющего выхода электрический сигнал на пьезокорректор 19 °
В результате с помощью пьезокорректора изменяется длина референтного плеча до момента времени, при котором изменяются значения на счетчике
8 импульсов. В этот момент времени вычислительный блок прекращает подачу сигнала на пьеэокорректор. Таким образом, длина референтного плеча такова, что на основной фотоприемник попадает максимум интерференционной полосы, образованной референтным и измерительным лучами. В этом положении референтного отражателя измеряется длина резонатора лазера (ЛХХ) и . его частота излучения. Частота излучения дополнительного лазера ЛЦ,оптически связанного с основным стабилизированным лазером 1 (JII) при помощи поворотного зеркала 14 и двух дополнительных светоделителей
2 и 15, по окончании подачи сигнала с управляющего выхода вычислитель ного блока на пьеэокорректор сравнивается с частотой излучения лазера 1 (ЛХ) . Сравнение производится методом оптического гетеродинирования с помощью дополнительного фотоприемника
16, усилителя 17 и частотомера 18, Значение частоты излучения дополнительного лазера () заносится в вычислительный блок, Оно потребуется при вычислении дробной части интерференционной полосы. Далее вычислительный блок сбрасывает показания счетчика 8 импульсов и подает на . индикаторный блок 10 сигнал готов- . ности к измерению (процесс обнуления). После этого происходит перемещение измерительного отражателя 4 иэ точки А в точку В, при этом последовательно соединенные фотоприемник 6, усилитель 7 и счетчик 8 импульсов подсчитывают целое число интерференционных полос. После окончания перемещения вычислительный блок выполняет следующие действия:
1. Опрашивает состояние счетчика
8 импульсов. Число, находящееся к этому моменту в счетчике импульсов (Н), есть целое число интерференционных полос, прошедших перед окном фо-, топриемника при перемещении измерительного отражателя 4 из точки А в точку В.
1415065
2. Подсчитывает дробную чать ин» терференционной полосы. Для этого вычислительный блок, непрерывно следя за значением счетчика 8 импульсов, подает с управляющего выхода электрический сигнал на пьеэокорректор 19, По этому сигналу пьеэокорректор увеличивает длину референтного плеча до момента изменения значения на счетчи- 10 ке 8 импульсов. В момент изменения значения на счетчике импульсов вычислительный блок прекращает подачу управляющего сигнала на пьеэокорректор, l5
Таким образом, изменением длины референтного плеча, достигается попадание на основной фотоприемник максимума интерференционной полосы, образованной референтным и измеритель- 2р ным лучами. При таком перемещении референтного отражателя изменяется частота излучения дополнительного лазера(ЛЕЕ) ° Как и в процессе обнулес ния, эта частота (< ) определяется 25 путем сравнения с частотой лазера 1 (ЛЕ) методом оптического гетеродинирования, Перемещение внутри одной интерференционной полосы в вычислительном блоке определяется по форму- 30 ле ь1
АЬ =Ь вЂ” -! о (1) где а1 = /4, - 1, / - частоты излуче35 ния дополнительного лазера ЛЕЕ;
Ь, — длина резонатора дополнительного лазера 4п
{ЛЕЕ) .
3. Определяет длину волны излучения лазера 1 (ЛЕ), распространяющегося в воздухе. Для этого вычислительный блок, как и в п.2, опять по- 45 дает сигнал на пьезокорректор, по которому происходит дальнейшее увеличение длины референтного плеча до следующего срабатывания счетчика 8 импульсов. В момент изменения значе- 5р ния счетчика 8 импульсов вычислительный блок прекращает подачу сигнала и частота излучения дополнительного лазера (ЛЕЕ)(0 ) определяется методом оптического гетеродинирования по частоте излучения лазера 1, Значение 1 заносится в вычислительный блок, длина волны излучения лазера 1 (ЛЕ), распроетраняющегося в воздухе, подсчитывается в вычислительном блоке по формуле (1,-4,) боъд (2) о
Перемещение отражателя 4 из точки А в точку В подсчитывается в вычислительном блоке по формуле
Ь = — -- N+ Ь
2 ) (3) — показания счетчика 8 импульсов;
Ь и h - из формул (1) и (2) соответственно, Это перемещение фиксируется индикаторным блоком.
Устройство может быть реализовано на следующих элементах: основной стабилизированный лазер 1 (ЛЕ) гелий-неоновый лазер типа "Стандарт
У"; светоделитель 3 с отраЖателями
4 и 5 иэ комплекта ИПЛ-ЗОК; фотоприемники 6 и 16 - фотодиоды ФД-24К; усилители 7 и !7 - усилители типа
УЗ-29; частотомер 18 - частотомер
ЧЗ-38; счетчик 8 импульсов « частотомер 43-38, работающий в режиме счета импульсов; активный элемент
ll — активный элемент ЛГН 105, зер» кала 12 и 13 - зеркала от ЛГ-105; вычислительный блок 9 - микроЭВМ типа ДЗ-28; индикаторный блок 10иэ комплекта ИПЛ-ЗОК1. где N
Формула изобретения
Измеритель перемещений, содержащий лазер, оптически связанные с ним светоделитель, референтный и измерительный отражатели и последовательно соединенные фотоприемник, счетчик импульсов, вычислительный и индикаторный блоки, о т л и ч а ю r шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен
1 дополнительным лазером, двумя допол нительными светоделителями первым и вторым, дополнительным фотоприемни» ком, частотомером и пьезокорректором, с установленным на референтном отражателе и кинематически связанным с. дополнительным лазером, выход лазера оптически связан через первый и второй дополнительные светоделителн с дополнительным фотоприемником, вы ход дополнительного лазера оптически
Составитель В.Чулков
Техред М.Ходанич
Редактор Н.Рогулич
Корректор А.Обручар
Тираж 680
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Заказ 3862/37
Подписное
Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
5 1415065 6 связан через второй дополнительный мера подключен к второму входу вычислительного блока, управляющий выприемником, выход которого соединен ход которого подключен к пьезокоррекс входом частотомера, выход частото- тору