Интерферометр для измерения линейных и угловых перемещений объекта

 

ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ И УГЛОВЬК ПЕРЕМЕПЩНЙЙ ОБЪЕКТА , содержащий последовательно расположенные лазер, телескопическую систему и светоделительный элемент. делящий световой поток на две ветви, опорный отражатель, установленный в одной ветви, измерительный отражатель , установленный в другой ветви, фотопреобразователи и электронную схему, отличающийся тем, что, с целью повьлпения точности и расширения диапазона измерения, он снабжен оптическим фильтром пространственных частот, установленным между сйетоделительньм элементом и фотопреобразователем и состоящим из двух объективов и транспоранта, расположенного в фокальной плоскости объективов, а транспорант выполнен ш в виде пластины произвольной формы с заданным законом пропускания.

,SU.„1100495

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИН

А з(д) С 01 В 9/02 G 01 В 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OfNPbfAO

1 -.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕП=ЛЬСТВУ (21) 3566874/18=28 (22) 05.03.83 (46) 30.06.84. Бюл. Ф 24 (72) О.M.Âîðîáüåâ, В.Ф.Поздняков, С.С..Сергеев и Н.В.Кудинов (53) 531.81 5. 1 (088. 8) (56) 1. Патент США В 3443871, кл; 356-106, 1978.

2. Коломийцов 10.В. Интерферометры.

Л., "Машиностроение", 1976, с. 191 ,(прототип). (54) (57) ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЯИНЕИНЫХ И УГЛОВЫК ПЕРЕМЕЩЕНИИ ОБЪЕКТА, содержащий последовательно расположенные лазер, телескопическую систему и светоделительный элемент, делящий световой поток на две ветви, опорный отражатель, установленный в одной ветви, измерительный отражатель, установленный в другой ветви, фотопреобразователи и электронную схему, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, он снабжен оптическим фильтром пространственных частот, установленным между светоделительньм элементом и фотопреобразователем и состоящим из двух объективов и транспоранта, расположенного в общей фокальной плоскости объективов, а транспорант выполнен в виде пластины произвольной формы с 3 заданным законом пропускания.

1100495

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение линейных перемещений и углов поворота объекта.

Известен интерферометр для измерения линейных перемещений и углов поворота, содержащий источник когерентного излучения, расширитель пучка, светоделительный элемент, опорный и измерительный отражатели, фотопре- 10 образователи и схему счета полос (1 3.

Недостатками данного интерферометра являются невысокая точность измерения и небольшой диапазон измеряемых перемещений, ограниченный малым 15 отношением сигнал/шум на входе фотопреобразователей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является интерферометр для измерения линейных и 20 угловых перемещений объекта, содержащий последовательно расположенные лазер, телескопическую систему и свето делительнцй элемент, делящий световой поток на две ветви, опорный отража- 25 тель, установленный в одной ветви, измерительный отражатель, установленный в другой ветви, фотопреобразователи и электронную схему (,2 3.

Недостатками известного интерферо- 30 метра являются низкая точность и ог-раниченный диапазон измерения из-за малого отношения сигнал/шум на входе фотопреобразователей.

Цель изобретения — повышение точ-. ности и расширение диапазона измерения.

Поставленная цель достигается тем, что интерферометр для измерения линей-40 ных и угловых перемещений объекта, содержащий последовательно расположенные лазер, телескопическую систему и светоделительный элемент, делящий световой поток на две ветви, опор-45 ный отражатель, установленный в одной ветви, измерительный отражатель, установленный в другой ветви, фотопреобразователи и. электронную схему, снабжен оптическим фильтром простран- 50 ственных частот, установленным между светоделительным элементом и фотопреобразователем и состоящим из двух объективов и транспоранта, расположенного в общей фокальной плоскости 55 объективов, а транспорант выполнен в виде пластины произвольной формы с заданным законом пропускания.

На чертеже изображена принципиальная схема интерферометра для измерений линейных и угловых перемещений объекта.

Интерферометр содержит лазер 1, телескопическую систему 2, светоделительный элемент 3, опорный 4 измерительный 5 отражатели, оптический фильтр 6 пространственных частот, состоящий из двух объективов 7 и 8 помещенного между ними транспоранта

9,фотопреобразователи 10 и электронную схему 11 счета полос.

Интерферометр работает следующим образом.

Луч света Зо, излучаемый лазером

1, расширяется телескопической системой 2 и разделяется .светоделительным элементом 3 на два пучка 3„ H 3 „ примерно равной интенсивности. Эти пучки, отразившись от опорного и измерительного отражателей 4 и 5 снова возвращаются на полупрозрачную грань светоделительного элемента 3 и рекомбинируют между собой, образуя систему интерференционных полос. При этом пространственная частота интерференционной картины, создаваемая за счет рассеивания света на микронеровностях оптических поверхностей линз те-, лескопической системы 2, светоделительного элемента 3, отражателей 4 и 5,.пылинках и других рассеивающих элементах, встречающихся на пути луча

3, пучков 3 и Э,, как правило, о 1 значительно выше пространственной частоты интерференционной картины, содержащий полезную информацию. Кроме того, в выходном пучке интерферометра будет содержаться постоянный сигнал, образующийся при деполяризации пучков 3,, и 3,.

Для устранения шума, создаваемого на микронеровностях и деполяризацией, между светоделительным элементом 3 и фотопреобразователями 10 помещен оптический фильтр 6 пространственных частот. Выходной пучок (Э„ + Э,) интерферометра направляется на первый объектив 7 фильтра 6, в фокальной плоскости которого образуется спектр

Фурье падающего на него излучения, причем вблизи оптической оси объектива 7 будет сконцентрирована энергия постоянной составляющей излучения.

Энергия излучения, промодулированного с пространственной частотой будет концентрироваться на расстоянии

3 11

1 по обе стороны от оптической оси объектива 7. Расстояние и связано с пространственной частотой 1 и фокусным расстоянием F объектива 7 следующей зависимостью: где h — - длина волны излучения лазера.

Так как пространственная частота интерференционной картины, содержа-, щей полезную информацию известна, постоянна н отличается от частоты шума, то в фокальной плоскости объектива 7 помещается транспорант 9, выполненный в виде. пластинки произвольной формы, прозрачной только в точках концентраций энергии полезного сигнала и непрозрачной в остальных точках.

00495 1

За транспорантом 9 помещается еще один объектив 8, выполняющий обратное преобразование Фурье. При этом излучение, выходящее из фильтра 6, будет промодулировано полезным сигналом с пространственной частотой 4„, зависящей от угла между оптическими осями пучков 3 и 3 и между шумом с частотами М „ + h4 . Величина В д

1р будет определяться размерамй прозрачной области транспоранта 9 и может быть сведена до минимума

Таким образом, наличие фильтра 6 позволяет увеличить отношение сигнал/шум и, как следствие, повысить точность и расширить диапазон измерений.

Использование изобретения существенно улучшает метрологические характеристики средств контроля и измерения линейных и угловых перемещений.

БППЗПИ Заказ 4570/33 Тираж 587 Подписное фщрцц ggg "детезгр" г, Ужгород, ул.Проежжей, 4