Система регистрации изменений порядка интерференции в динамических режимах

Система регистрации изменений порядка интерференции в динамических режимах

Реферат

 

Изобретение относится к интерференциальным измерениям и может быть использовано при измерении рефракции, перемещений, давления и т. д. Цель изобретения - повышение точности регистрации. Система регистрации содержит устройство 1 фиксации нулевого положения ахроматической полосы, в которую входят усилитель 2, блок 3 аналого-цифрового преобразования, блок 4 сравнения, счетчик 5, генератор 6 импульсов, генератор 7 линейно нарастающего сигнала и преобразователь 8 поворота модулятора. Система также включает устройство 16 фиксации изменений порядка интерференции, которое содержит усилитель-формирователь 17, фазометр 18, блок 19 вычислений, генератор 20 линейно нарастающего сигнала, преобразователь 21 поворота модулятора, генератор 22 импульсов и счетчик 23. 5 ил.

Изобретение относится к интерференционным измерениям и может быть использовано для рефрактометрических измерений и других задач. Цель изобретения - повышение точности регистрации. На фиг. , 1 изображена схема предлагаемой системы регистрации; на фиг. 2 - схема блока аналого-цифрового преобразования; на фиг. 3 - схема блока сравнения; на фиг. 4 и 5 - временные диаграммы работы устройств фиксации нулевого положения ахроматической полосы и фиксации изменений порядка интерференции соответственно. Система регистрации содержит устройство 1 фиксации нулевого положения ахроматической полосы, в которое входят усилитель 2, блок 3 аналого-цифрового преобразования, блок 4 сравнения, счетчик 5, генератор 6 импульсов, генератор 7 линейно нарастающего сигнала и преобразователь 8 поворота модулятора. При этом выход усилителя 2 соединен с первым входом блока 3, второй вход которого связан с вторыми входами блока 4, счетчика 5 и с выходом генератора 6. Выход генератора 7 соединен с третьими входами блока 4, счетчика 5 и входом преобразователя 8. Выход блока 3 соединен с первым входом счетчика 5. Блок 3 аналого-цифрового преобразования включает аналого-цифровой преобразователь 9, связанный информационным входом с выходом усилителя 2, компаратор 10, первый вход которого также подключен к выходу усилителя 2, на второй вход подается заданное опорное напряжение U_о, выход соединен с входом формирователя 11 интервала, выход которого соединен с первым входом схемы И 12, выход которой соединен с тактовым входом преобразователя 9, выход которого является выходом блока 3 и соединен с первым входом блока 4. Последний включает схему 13 сравнения, первым входом подключенную к выходу блока 3, вторым входом подключенную к выходу схемы 13, первый выход которой соединен с первым входом счетчика 15, выход которого соединен с третьим входом схемы 14, выход которой соединен с вторым входом схемы 13. Система регистрации также включает устройство 16 фиксации изменений порядка интерференции, содержащее усилитель-формирователь 17, выход которого соединен с первым входом фазометра 18, выход которого соединен с первым входом блока 19 вычислений, генератор 20 линейно нарастающего сигнала, выходом связанный с преобразователем 21 поворота модулятора и третьим входом фазометра 18, генератор 22 импульсов, выход которого соединен с вторым входом фазометра 18 и первым входом счетчика 23, второй вход которого подключен к выходу генератора 20, третий вход - к второму выходу блока 4, а выход - к входу блока 19, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходу счетчика 5 и первому выходу блока 4 (четвертый выход схемы 13). Сигнал на устройство 1 поступает с интерферометра 24 белого света. Источник 25 белого света оптически связан с установленными в измерительном плече интерферометра 24 первой светоделительной пластинкой 26, измерительной кюветой 27 с исследуемым веществом (изолированная среда), первым зеркалом 28, установленным в его опорном плече, вторым зеркалом 29, модулятором 30 оптической разности хода, контрольной кюветой 31, второй светоделительной пластинкой 32 и фотоприемником 33, установленным на выходе интерферометра 24. Выход фотоприемника 33 соединен с входом усилителя 2, а вход модулятора 30 - с выходом преобразователя 8. На вход устройства 16 сигнал поступает с выхода интерферометра 34 монохроматического света. Лазер 35 оптически связан с установленными в измерительном плече интерферометра 34 первой светоделительной пластинкой 36, эталонной кюветой 37, первым зеркалом 38, установленными в опорном плече вторым зеркалом 39, модулятором 40 оптической разности хода, вакуумированной кюветой 41, второй светоделительной пластинкой 42 и фотоприемником 43, установленным на выходе интерферометра 34, резервуара 44 с контрольным веществом, соединенного через управляемый вентиль 45 с контрольной 31 и эталонной 37 кюветами. Выход фотоприемника 43 соединен с входом усилителя-формирователя 17, а вход модулятора 40 - с выходом преобразователя 21. Система регистрации работает следующим образом. Интерферометр 24 и устройство 1 осуществляют слежение за положением ахроматической полосы, при этом световой пучок, сформированный источником 25, делится пластинкой 26 на два пучка, первый из которых проходит измерительную кювету 27 и отражается от зеркала 28. Второй пучок отражается от зеркала 29, проходит модулятор 30, контрольную кювету 31, пластинку 32, интерферируя с первым пучком, и образует интерференционную картину в белом свете, регистрируемую фотоприемником 33. Модулятор 30 оптической разности угла, в результате чего оптическая разность хода в плечах интерферометра 24 испытывает периодические изменения, используется для формирования в поле зрения фотоприемника 33 бегущей интерференционной картины белого света, которая преобразуется фотоприемником 33 в переменный сигнал фототока с периодом Т_сф^б. Интерферометр 34 и устройство 16 используются для непосредственной регистрации изменений порядка интерференции в монохроматическом свете, при этом световой пучок лазера 35 делится светоделительной пластинкой 36 на два пучка, первый из которых проходит через эталонную кювету 37 и отражается от зеркала 38. Второй световой пучок отражается от зеркала 39, проходит модулятор 40, кювету 41, пластинку 42 и, интерферируя с первым пучком, образует интерференционную картину в монохроматическом свете, регистрируемую фотоприемником 43. Модулятор 40, осуществляющий периодические колебания в пределах небольшого угла, в результате чего оптические изменения и разность хода в плечах интерферометра 34 испытывают периодические изменения, используется для формирования в поле зрения фотоприемника 43 бегущей интерференционной картины многохроматического света, которая преобразуется фотоприемником 43 в переменный сигнал фототока с известным периодом Т_сф^м. Фиксация нулевого положения ахроматической полосы осуществляется устройством 1. При периодических колебаниях модулятора 30, инициируемых с помощью генератора 7 (см. фиг. 4а), управляющего преобразователем 8 поворота, сигнал фототока на выходе фотоприемника 33 и усилителя 2 имеет вид, показанный на фиг. 4б. По достижении сигналом фототока уровня постоянного напряжения U_о срабатывает компаратор 10 блока 3 (см. фиг. 4в), в результате чего инициируется формирование разрешающего импульса формирователем 11 блока 3 (см. фиг. 4г) длительностью TT^б_сф , в результате чего на тактирующий вход преобразователя 9 через схему И 12 начинают поступать импульсы генератора 6. Преобразователь 9 в течение времени Т_и осуществляет ряд измерений величины сигнала фототока U_i, которые передаются с выхода блока 3 на входы схем 14 и 13. Схема 13 осуществляет периодическое сравнение измеренных значений U_i и при превышении очередным измеренным значением U_i+1 предшествующего значения U_i, значение U_i+1 записывается в схеме 14 памяти. Одновременно при регистрации превышения U_i+1 > U_i дается управляющее воздействие на счетчик 15, осуществляющий счет импульсов генератора 6, начиная с начала модуляции генератора 7. При поступлении на вход счетчика 15 блока 4 управляющего воздействия осуществляется перепись его содержимого (число N_i+1^б) в схему 14 памяти, где записанное число N_i+1^б хранится вплоть до инициирования следующего процесса переписи из счетчика 15 (см. фиг. 4е). В результате в конце интервала Т_и в схеме 14 памяти оказывается запомненным число N_макс^б, соответствующее максимальному значению сигнала фототока на этом интервале, т. е. положению ахроматической полосы. Регистрация изменений порядка интерференции осуществляется с помощью устройства 16. При периодических колебаниях модулятора 40, инициируемых сигналом генератора 20 (см. фиг. 5а), управляющего преобразователем 21 поворота, сигнал фототока на выходе фотоприемника 43 носит характер прерывистого синусоидального сигнала (см. фиг. 5б). Сигнал на выходе усилителя-формирователя 17 имеет вид импульсной последовательности (см. фиг. 5в). Фазометр 18 осуществляет измерение временного интервала между моментом начала сигнала развертки периода модуляции (см. фиг. 5а) и первым "нулем" сигнала фототока (см. фиг. 5г). На выходе фазометра формируется цифровой сигнал (N_i^м), несущий информацию о величине указанного временного интервала. Этот цифровой сигнал подается на блок 19 вычислений. Счетчик 5, начиная с начала каждого периода модуляции, осуществляет подсчет числа импульсов генератора 6. Если на данном периоде модуляции не формируется синхросигнал, то счетчик 5 осуществляет регистрацию числа импульсов, соответствующего периоду модуляции Т_м^б, после чего переустанавливается в начале следующего периода модуляции. Если же имеет место формирование синхросигнала на заданном периоде модуляции, то по команде с блока 4 сравнения осуществляется перепись содержимого счетчика 5 в блок 19 вычислений устройства 16. Кроме того, на каждом периоде модуляции блок 4 сравнений устройства 1 осуществляет перепись в блок 19 вычислений устройства 16 значений N_i^б, характеризующих (совместно со значением Т_г^б, также записанным в блоке 19) положение ахроматической полосы относительно нулевого положения. При этом блок 19 всегда хранит информацию о двух последних полученных значениях N_i^б и N_i+1^б, а также о значении N_о^б. В устройстве 16 также предусмотрено использование дополнительного счетчика 23, который, начиная с начала каждого периода модуляции, осуществляет подсчет импульсов генератора 22. Если на данном периоде не регистрируется синхросигнал с устройства 1, то счетчик 23 осуществляет регистрацию числа импульсов, соответствующего периоду модуляции Т_м^м, после чего переустанавливается в начале следующего периода модуляции. Если же имеет место формирование синхросигнала, то в момент его поступления на устройство 16 счетчик 23 осуществляет перепись своего содержимого в блок 13 вычислений. После прихода синхросигнала с устройства 1 для двух последних периодов модуляции Т_м⁶ (для которых определились значения N_i^б и N_i+1^б)блок 19 вычислений определяет величину скорости изменения смещения ахроматической полосы V_ах по соотношению V_ax= . Далее блок 19 осуществляет расчет времени запаздывания для устройства 1 Т₃^б по соотношению T^б_з= = , где N_j^б - число импульсов, зарегистрированное счетчиком 5 перед формированием синхросигнала (и переписанное в блок 19). Затем блок 19 осуществляет определение скорости изменения порядка интерференции в монохроматическом свете на время прихода синхросигнала V_пр по соотношению V_пр= , где N_i^м_+1,i - изменение порядка интерференции для двух последних (перед приходом синхросигнала) периодов модуляции Т_м^м; N_i^м₊₁ и N_i^м - числа импульсов, зарегистрированных фазометром 18 на двух последних периодах модуляции (i-м и i+1-м). После этого блок 19 вычислений осуществляет расчет времени запаздывания Т_з^м устройства 16 по соотношению Т_з^м = Т_г^м(N_j^м - N_i+1^м/2), где N_j^м - число импульсов, зарегистрированное счетчиком 23 на момент прихода синхросигнала (и переписанное в блок 19 вычислений). На заключительном этапе расчета блок 19 вычислений осуществляет расчет реального результирующего значения изменения порядка интерференции Р по соотношению Р = Р₁ - V_пр(Т_з^б + Т_з^м) где Р₁ - значение изменения порядка интерференции на момент i+1-ого периода модуляции Т_м^м. На практике величина второго члена в соотношении для Р может достигать значений порядка 0,1-0,3 порядка интерференции, в результате чего может значительно ухудшаться точность измерения результирующих значений изменений порядка интерференции. Последнее же, в свою очередь, может приводить к ухудшению точности измерения соответствующих физических параметров. Учет времен запаздывания при формировании и регистрации синхросигнала и коррекция на основе этой информации результата измерения позволяет исключить влияние указанных выше погрешностей и по крайней мере на порядок повысить точность измерений, что обеспечивает более качественное осуществление этих измерений. (56) Авторское свидетельство СССР N 505876, кл. G 01 B 9/02, 1976. Авторское свидетельство СССР N 1498192, кл. G 01 N 21/45, 23.03.88.

Формула изобретения

СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ ПОРЯДКА ИНТЕРФЕРЕНЦИИ В ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМАХ, содержащая устройство фиксации нулевого положения ахроматической полосы, включающее усилитель, блок аналого-цифрового преобразователя, первый генератор импульсов, блок сравнения, первый генератор линейно нарастающего сигнала и первый преобразователь поворота модулятора, причем выход усилителя соединен с первым входом блока аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с выходом первого генератора импульсов и вторым входом блока сравнения, а выход соединен с первым входом блока сравнения, третий вход которого соединен с выходом первого генератора линейно нарастающего сигнала и входом первого преобразователя поворота модулятора, а также устройство фиксации изменений порядка интерференции, включающее усилитель-формирователь, фазометр, блок вычислений, второй генератор импульсов, второй генератор линейно нарастающего сигнала и второй преобразователь поворота модулятора, причем выход усилителя-формирователя соединен с первым входом фазометра, второй вход которого соединен с выходом второго генератора линейно нарастающего сигнала и входом второго преобразователя поворота модулятора, выход фазометра соединен с первым входом блока вычислений, второй вход которого соединен с первым выходом блока сравнения, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности регистрации, устройство фиксации нулевого положения ахроматической полосы и устройство фиксации изменений порядка интерференции дополнительно снабжены первым и вторым счетчиками импульсов соответственно, первые входы первого и второго счетчиков подключены к выходам первого и второго генераторов импульсов соответственно, вторые входы счетчиков подключены к выходам первого и второго генераторов линейно нарастающего напряжения соответственно, третьи входы счетчиков соединены с вторым выходом блока сравнения, а выходы первого и второго счетчиков соединены с третьим и четвертым входами блока вычислений соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5