Интерферометр для измерения линейных перемещений

Интерферометр для измерения линейных перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

OllИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИ .КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Саоз Советских

Социалистических

Реслублнн

«н991152 (63) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено l90231 (21)3248234/25-28 с присоединением заявки М—

РЦМ К з

G 01 В 9/02

Государственный комитет

СССР. по делам изобретений н открытий (23) Приоритет.—

Опубликовано 230183.Бюллетень М3 (ЩУДК S3l.sly.Z (088 ° 8)Дата опубликования описания 230133 (72) Авторы изобретения

С. И. Зайцев, И. P Зацман н Л. A Зайцева, (71) Заявитель (54) ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕИНЫХ

ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, предназначено для измерения линейных перемещений и может быть использовано преимущественно в высокочастотных измерительных и управляющих устройствах.

Известен интерферометр для измерения линейных перемещений, содержащий лазер, светоделитель, отражатель, устанавливаемый на измеряемом объекте, два фотоприемника и электронный блок обработки сигналов 1).

Недостатком интерферометра является низкая точность измерений; обусловленная тем,.что частота измерительного сигнала может изменяться в очень широких пределах, .начиная с нулевого значения, а также дрейфом энергетических параметров. источника и приемников излучения.

Найболее близким к изобретению по технической сущности является интерферометр для измерения линейных перемещений, содержащий одно,частотный лазер, .установленные по следовательно по ходу его лучей расщепитель лазерного излучения на два пучка и устройство сдвига частоты излучения, выполненные в виде дифракцион ного Фазового модулятора, первый светой;елитель и первый фотопрй+ емник, образующие опорный канал, второй светоделитель, отражатель, устанавливаемый на измеряемом объекте, и второй Фотоприемник, образующие рабочий канал, и электронный блок обработки сигналов, подключенный к выходам фотоприемникаГ2 )

Недостатком этого интерферометра является сравнительно низкая точночть измерений, обусловленная ошибками, связанными с неконтролируемыми смещениями оптических элемен" тов интерферсметра под воздействием внешних дестабилизирующих факторов (изменение температуры, вибрации и др.), а также отсутствйем возможности использования уголкового отражателя в рабочем канале без значительного увеличения габаритов интерферометра, что объясняется малым значением угла между пучками, выходящих из модулятора. епь изобретения — повьваеиие точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, .что интерферометр для измерения линейных перемещений снабжен.системой из двух плоских отражателей, кажЗО дый иэ которых установлен между мо"

991152 дулятором и первым светоделителем. в ходе излучения одного из пучков под углом к наПравлению распространения пучка и с возможностью пово.рота отражателя вокруг оси,( перпендикулярной х плоскости, проходящей через оси пучков.

На чертеже представлена принципиальная схема одного из возможных ва-. риантов интерферометра для измерения линейных перемещений. 10

Интерферометр содержит одночастотный лазер 1, установленные последовательно по ходу его излучения рас.щепитель лазерного излучения на два пучка и устройство сдвига частоты излучения, выполненные в виде дифракционного фазового модулятора

2, плоские отражатели 3 и 4, светоделители 5 и 6, угловые отражатели 7 и 8, Фотоприемники 9 и 10, призму 11 и электронный блок обработки сигналов (не показан). Модулятор 2 представляет собой акустооптическую ячейку, питаемую переменным напряжением. Уголковый отражатель 7 устанавливается на измеряемом объекте, а уголковый отражатель 8 установлен неподвижно.

Элементы интерферометра 5, 11 и

9 образуют опорный канал, а элементы б — 8 и 10 — рабочий канал. 30

-Интерферометр работает следующим образом.

Модулятор 2 расщепляет излучение лазера 1 на два пучка, распространяющихся под углом друг другу, сдвига- 35 ет частоту излучения одного иэ них по отношению к частоте Излучения другого пучка и модулирует излучение обоих пучков по фазе.

Один из пучков падает на стража- 4() тель 3, другой — на отражатель 4, после отражения от которых оба пучка направляются в опорный и рабочий каналы, интерферируют друг с другом

M поступают на чувствительные площад-4 ки фотоприемников 9 и 10., Фотоприемник 9 формирует на своем выходе электрический сигнал, частота которого зависит только от величины сдвига частот излучений пучков, выходящих из модуляторв 2, и является опорной.

Фотоприемник 10 формирует на своем выходе электрический сигнал, частота которого зависит как от величины сдвига частот излучений пучков, выходящих из модулятора 2,так и от скорости перемещения уголкового отражателя 7,устанавливаемого на измеряемом объекте.В результате этого частота сигнала на выходе фотоприемника Я)

10 отличается от опорной и несет информацию о перемещении уголкового отражателя 7, Электронный блок обработки сравнивает частоты электрических сигналов, Я поступающих в него с выходов фотоприемников 9 и 10, и фиксирует величину перемещения измеряемого объекта в каждый момент времени.

Требуемый уровень сигнала с фотоприемников устанавливают эа счет изменения угла между интерферирующими пучками (изменение ширины интерференционных полос) посредством поворота одного из.отражателей в плоскости, проходящей через оси пучков.

При этом углы между интерферирующи" ми пучками в рабочем и опорном ка-. нале всегда равны между собой, благодаря чему интерферометр практически нечувствителен к неконтролируемым смещениям его оптических эле" ментов под воздействием внешних; дестабилизирующих факторов.

Требуемый сдвиг частот пучков, выходящих иэ модулятора .2, обеспечивают подбором соответствующей частоты их модуляции.

8 некоторых случаях модулятор 2 целесообразно выполнить в виде фазовой радиальной дифракционной ре шетки, установленной в ходе излучения лазера 1 с воэможностью вращения вокруг оси, параллельной направлению распространения излучения, и связанного с решеткой привода ее вращения.

Такое выполнение модулятора 2 позволяет снизить опорную (несущую) частоту электрических сигналов, что облегчает их обработку в электронном блоке, а также увеличить угол между пучками, выходящими из модулятора 2, что, в свою очередь,позволяет несколько сократить габариты интерферометра за счет уменьшения расстояния между модулятором 2 и отражателями 3 и 4.

Снабжение интерферометра системой из двух плоских отражателей, установленных между модулятором 2 и светоделителем 5, повышает точность измерения линейных перемещений за счет исключения ошибок, связанных с неконтролируемым смещением оптических элементов интерферометра, а также за счет повышения уровня йолезного сигнала и обеспечения возможности использования .Уголковых отражателей s рабочем канале без увеличения габаритов интерферометра.

Формула изобретения

Интерферометр для измерения линейных перемещений, содержащий одночастотный лазер, установленные последовательно по ходу его лучей расщепитель лазерного излучения на два пучка и устройство сдвига частоты излучения, выполненные в виде дифракционного фазового модулятора, первый светоделитель и первый фотоприемник, 991152

Составитель О Фомин

Редактор Н.Бобкова Техред С.Мигунова Корректор Г.Решетник

Заказ 107/54 Тираж 600 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР пО делам изобретеяий и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная." образующие опорный канал, второй светоделитель, отражатель, устанавливаемый на измеряемом объекте, м второй фотоприемник, образующие рабочий канал, и электронный. блок обработки сигналов, подключенный к выходам

5 фотоприемников, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен сиСтемой иэ двух плоских отражателей, каж,ный иэ которых установлен между мо дулятором и первым светоделителем в ходе излучения одного из пучйов под углом к направлению распростране-. ния пучка и с.возможностью поворота отражателя вокруг оси, перпендику- !5 лярной к плоскости, проходящей через оси пучков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Хитрин A.Õ», Суидукова Е.И., Овсов Б.A Интерферометрические устройства контроля линейных перемещений и их применение в технологическом оборудовании. М., ЦНИИ Электроника, 1973, с.. 12 — 13.

2. Левитис А.Ф., Телешавский В.И.

Фазовый лазерный, интерферометр для измерения линейных перемещений. Труды НИИ метрологии высших учебных заведений. М., вып. 12,. 1974, с.l3 — 27 (прототип).