Интерференционное устройство для измерения перемещений объектов

Интерференционное устройство для измерения перемещений объектов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к определению перемещений объектов интерференционными методами. Цель изобретения - обеспечение возможности измерения перемещений с большим ускорением посредством осуществления процесса измерения, не зависящего от скорости перемещения объекта. Для этого устройство снабжено вторым источником монохроматического излучения, двумя дисперсионными призмами и телескопической системой и двумя отражателями, а второй отражатель выполнен в виде многоступенчатого зеркала. При работе устройства пучки света от источников направляются на дисперсионную призму, после прохождения которой сходятся в один луч, который расщепляется телескопической системой в плоский пучок. Далее пучок делится светоделителем на два, которые, отразившись от зеркала отражателя, расщепляются по длинам волн дисперсионной призмой на два пучка и формируют интерференционные картины в виде полос с различной интенсивностью, регистрируемой матрицей фотоприемников. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (I I) (я)5 G 01 B 11/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР.ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4718474/28 (22) 13.07.89 (46) 15.07,91. Бюл. М 26 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) В. И. Гужов, И. В, Кузнецова и Ю. Н. Солодкин (53) 531.781.2(088.8) (56) Коронкович В.П. и Ханов В.А. Современные лазерные интерферометры, Новосибирск, Наука, 1986, с. 13-14.

Felngeretetechnlk, 1976, Bd 25, М 6, S.246-248 (54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к измеритель. ной технике, а именно к определению перемещений объектов интерференционными методами. Цель изобретения — обеспечение возможности измерения перемещений с

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к определению перемещений обьектов интерференционными методами.

Цель изобретения — обеспечение возможности измерения перемещений с большим ускорением посредством осуществления процесса измерения, не зависящего от скорости перемещения объекта.

На чертеже изображена функциональная схема интерференционного устройства для измерения перемещений объектов.

Интерференционное устройство для измерения перемещений содержит источники

1 и 2 монохроматического излучения, дисперсионную призму 3, телескопическую систему 4, светоделитель 5, отражатель 6, большим ускорением посредством осуществления процесса измерения, независящего от скорости перемещения объекта. Для зтого устройство снабжено вторым источником монохроматического излучения, двумя дис. персионными призмами и телескопической системой и двумя отражателями, а второй отражатель выполнен в виде многоступенчатого зеркала. Г1ри работе устройства пучки света от источников направляются на дисперсионную призму, после прохождения которой сходятся в один луч, который расщепляется телескопической системой в плоский пучок. Далее пучок делится светоделителем на два, которые, отразившись от зеркала и отражателя, расщепляются по длинам волн дисперсионной призмой на два пучка и формируют интерференционные картины в виде полос с различной интенсивностью, регистрируемой матрицей фотоприемников. 1 ил.

° е3 связанный с контролируемым объектом, Q отражатель 7, дисперсионную призму 8, О матрицу 9 фотоприемников, блок 10 регист- ( рации. Д

Последовательно по ходу лучей за источниками 1 и 2 расположены оптически связанныедисперсионная призма З,телескопическая система 4, светоделитель 5, отражатель 6, располагаемый на общем основании с контролируемым объектом. Второй отражатель 7 выполнен в виде многоступенчатого зеркала. Напротив него, оптически связанного со светоделителем, расположена вторая дисперсионная призма, и за ней по ходу лучей расположена матрица фотоприемников.

Источники 1 и 2 монохроматического излучения представляют собой лазеры, на1663416 пример аргоновый (Л- 0,513 мкм), и гелийнеоновый (Л - 0,628 мкм).

Дисперсионные призмы 3 и 8, телескопическая система 4, светоделитель 5, отра- жатель 6 — стандартные оптические элементы, из которых собран интерферометр, Отражатель 7 выполнен в виде многоступенчатого зеркала, у которого ширина ступеньки превышает длины il волн источников 1 и 2.

Стандартные матрицы 9 фотоприемников, например ЛФ-1024, подключены к блоку 10 регистрации, например типа С1-64.

Работа устройства основана на свойствах целых чисел.

Каждому целому числу отвечает определенный остаток от деления его на целое положительное L, xoTopoe назовем модулем, Если двум целым а и Ь отвечает один и тот же остаток r, то они называются равноостаточными, а сравнимость чисел а и b no модул!о L записывается а = b(modL).

Рассмотрим систему сравнений с одним неизвестным, но с разными и притом попарно простыми модулями:

X = — b<(modL<) х = by(mod Ly).

Решить систему можно, применяя теорему.

Пусть числа М> и Мз определены из ! условий

L

Хо=М М b1+ М2М2 b2+ ... +MyMy by

Тогда совокупность значений Х определяется сравнением

Х: — Хо(п!обИ 2...Ly).

Определить разность фаз в пределах одного периода ее изменения — это значит определить остаток от деления полной разкости фаз на длину волны.

ПУсть X= n1 Л1+ rs.

-Если существует воэможность определить r с достаточно большой точностью, можно поставить в соответствие.вещественным значениям длины волны и фазы, определенной с точностью до 2к, целые числа с определенным количеством значащих цифр и перейти к рассмотрению системы сравнений.

Устройство работает следующим образом, Пучки света от источников 1 и 2 направляются на дисперсионную призму 3, после прохождения которой сходятся в один луч, который затем расщепляется телескопической системой 4 в плоский пучок. Далее пучок делится светоделителем 5 на два, которые, отразившись от отражателей 6 и 7, с различной интенсивностью, регистрируе5 мой матрицей 9 фотоприемников.

Второй отражатель имеет ступенчатую

p- arctg

40

35 расщепляются по длинам волн диспврсионной призмой 8 на два пучка и формируют интерференционные картины в виде полос форму для того, чтобы получить три значения интенсивности I>, l2, !з на каждой длине волны для трех заданных перепадом высот ступенек значений фазового сдвига р!, rp2, рз. Причем толщина d стеклянных пластин, из которых собирается отражатель, должна быть больше любой из. длин волн:

d >Л, чтобы. "ступеньки" работали на отражение, а не на дифракцию.

По значениям интенсивности, полученным для двух длин волн, вычисляется разность фаз р в пределах одного периода изменения фазы по формуле

Затем по значениям разности фаз, определенных в пределах одного периода изменения фазы для двух длин волн, определяется полная разность фаз световых. волн.

При перемещении объекта происходит смещение расположенного с ним на общем основании отражателя 6, и разность длин плеч измерительного канала интерферометра меняется. По показаниям матрицы 9 будет определена полная разность фаз для нового положения отражателя 6 и соответствующее двум известным значениям разности фаэ.све говой волны перемещение объекта.

Преимущество предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом состоит в том, что можно определять полную разность фаз, а следовательно, и перемещение объекта по значениям интенсивности, зарегистрированным фотоприемниками, причем не имеет значения положение объекта во время, предшествующее регистрации, так как не производят счет фазовых циклов. Кроме того, определяется абсолютное положение объекта, а не относительное, как это происходит в прототипе.

Измерение перемещений объекта в прототипе производится посредством счета полос, иэ чего следует необходимость проведения непрерывного процесса регистрации фотоприемниками периодов изменения яркости оптического сигнала, причем допустимая скорость измеряемых переме16634!б

Формула изобретения

Интерференционное устройство для измерения перемещений обьектов, содержащее источник монохроматического излучения и расположенные вдоль пучка излучения светоделитель, делящий пучок излучения на

Составитель Б. Е встратов

Редактор С. Рекова Техред М.Моргентал Корректор М. Демчик

Заказ 2257 Тираж 388 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 щений ограничивается предельной часготой работы счетчика, который в блоке регистрации служит для отсчета полос по квадратурным сигналам фотоприемников.

В предлагаемом решении время одного измерения определяется только инерционностью фотоприемника.

Рассчитаем допустимую скорость перемещения V для инерционности z 10 с, которую имеет матрица,. ЛФ-1024, и длины волны Л = 0,6 мкм:

V= — = 6 10 м/мин.

1 » . з 2

Существующие измерители перемещений так же, как и прототип, имеют этот параметр V=18 мlмин. измерительный и опорный пучки, отражатель. установленный в измерительном пучке, отражатель, установленный в опорном пучке, метрицу фотоприемников, располо5 женную в огорном пучке и оптически cBslванную через светоделитель с обоими отражателями, и блок регистрации, соединенный с выходом матрицы фотоприемников,отл ич а ю щ ее с я тем,что, с целью

10 обеспечения возможности измерения перемещений с большим ускорением, оноснабжено вторым источником монохроматического излучения, расположенным а одной плоскости с первым источником, дисперсионной

15 призмой, расположенной между источниками монохроматическогG излучения в точке пересечения пучков излучения, телескопической системой, расположенной между дисперсионной призмой и светоделителем, 20 второй дисперсионной призмой, расположенной между светоделителем и матрицей фотоприемников, а второй отражатель выполнен в виде многоступенчатого зеркала.