Устройство для измерения перемещения

 

УСТРОЙСТВО ДОЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, содержащее двухчастот- i ный лазер, выполненный с двумя пpoти воположными выходами, оптический ; фильтр и фотоприемник, установленные в ходе одного из излучений лазера, второй оптический фильтр, светоделитель , каретку, световозвращатель, установленный на каретке, светосоецинитель и фотоприемник, расположен/в . 7/7 // yz Lyz PL m 2 -zifH h-1 Г Ь-И- :Ные в ходе второго излучения лазера, и фазометр, входы которого, электрически соединены с выходами обоих фотоприемников, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено вторым световозвращателем, установленным на каретке, вторым светосоединителем и четырьмя световодами, расположенными по ходу лучей за светоделителем , два световода установлены в прямом ходе излучения между светодепителем и световозвращателями , два других - в обратном ходе излучения от световозвращателей, жестко скрепленных верщинами один с другим, а выход каждого из свето (Л водов, установленных в обратном хчэде излучения, оптически сопряжен с одним из фотоприемников через соответствующий светосоединитель, и каждый светосоединитель установлен перед одним из фотоприемников. J ./г 00 о CA9 Од

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) зсмк G 01 В 9/02

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ,Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3515671/25-28 (22) 24.11.82 (46) 23.12.84. Бюл. М - 47 (72) В.К.Александров и В.И.Гупалов (7!) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М.И.Калинина (53) 531 7!5.1 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 394656, кл. G 01 В 11/02.

2. Патент США В 3458259, кл. 356-106, 1969 (прототип), (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, содержащее двухчастотный лазер, выполненный с двумя проти воположными выходами, оптический фильтр и фотоприемник, установленные в ходе одного из излучений лазера, второй оптический фильтр, светоделитель, каретку, световозвращатель, установленный на каретке, светосоецинитель и фотоприемник, расположенные в ходе второго излучения лазера, и фазометр, входы которого. электрически соединены с выходами обоих фотоприемников, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено вторым световозвращателем, установленным на каретке, вторым светосоединителем и четырьмя световодаии, расположенными по ходу лучей за светоделителем, два световода установлены в прямом ходе излучения между светодепителем и световозвращателями, два других — в обратном ходе излучения от световозвращателей, жестко скрепленных вершинами один Я с другим, а выход каждого из световодов, установленных в обратном ходе излучения, оптически сопряжен с одним из фотоприемников через соответствующий светосоединитель, и каждый светосоединитель установлен перед одним из фотоприемников.

1 113

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения перемещений объекта в машино- и приборостроении., Известно устройство для измерения 5 перемещений объекта, содержащее лазер и интерферометр, состоящий из светоделительного элемента, расположенного на пути световых лучей от лазера подвижного и неподвижного 10 зеркал и фотоприемного устройства, установленного по ходу световых лучей за полупрозрачной пластиной.

При смещении подвижного зеркала

15 образованная интерференционная карти- на полос движется относительно щели фотоприемного устройства, количество интерференционных полос, прошедших через щель фотоприемника, позволяет

20 судить о величине перемещения fl)

Недостатком такого устройства является низкая точность, обусловленная дискретностью значений измеря-. емых перемещений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения перемещения, содержащее двухчастотный лазер, выполненный с двумя противоположными выходами, оптический фильтр и фото30 приемник, установленные в ходе одного из излучений лазера, второй оптический фильтр, светоделитель., каретку, световозвращатель, установленный на каретке, светосоединитель и фотоприемник, расположенные в ходе вто-. рого излучения лазера, и фазометр, входы которого электрически соединены с выходами обоих фотоприемников (21

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения перемещения объекта, так как турбулентность атмосферы и наличие вибраций объекта вносят не учитываемую в устройстве погрешность в измеренное значение перемещения.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения перемещения, содержащее двухчастотный . лазер, выполненный с двумя противо— положными выходами, оптический фильтр и фотоприемник, установленные 55 в ходе одного из излучений лазера, второй оптический фильтр, светодели" тель, каретку, световозвращатель, 0736 2 установленный на каретке, светосоединитель и фотоприемник, расположен ные в ходе второго излучения лазера, и фазометр, входы которого электрически соединены с выходами обоих фотоприемников, снабжено вторым све. товозвращателем, установленным на каретке, вторым, светосоединителем и четырьмя световодами, расположенными по ходу лучей за светоделителем, два световода установлены в прямом ходе излучения между светоделителем и световозвращателями, два других— в обратном ходе излучения от световозвращателей, жестко скрепленных вершинами один с другим, а выход каждого из световодов, установленных в обратном ходе излучения, оптически сопряжен с одним из фотоприемников через соответствующий светосоединитель, и каждый светосоединитель установлен перед одним из фотоприемников.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит двухчастотный лазер 1, имеющий два противоположных выхода, оптический фильтр 2, светоделитель 3, световоды 4 и 5, установленные в прямом ходе излучения, световозвращатели 6 и 7 скреп У ленные вершинами один с другим, каретку 8, на которой установлены световозвращатели 6 и 7, световоды

9 и 10, отводящие излучение от световозвращателей 6 и 7, второй оптический фильтр ll, светосоединители

12 и 13, плоскости которых совмещены с точками пересечения лучей излучения от обоих выходов лазера 1,фотоприемники 14 и 15,установленные за светосоединителями 12 и 13, и фазометр 16, электрически соединенный с фотоприемниками 14 и 15. Кроме того, на чертеже показаны второй светоделитель

17 и поворотное зеркало 18. г

Устройство работает следующим образом.

Двухчастотное излучение от лазера выходит из двух его противоположных выходов. Излучение после одного из выходов проходит оптический фильтр 2, пропускающий одну из двух частот лазера l, прошедшее излучение направляют на светоделитель 3, представляющий полупрозрачное зеркало и пространственно делящий пучок излучения на два пучка. Оба з пучка с помощью световодов 4 и 5 направляют на один из световоэвраща телей 6 и 7, выполненных в виде уголковых отражателей, расположенны зеркально. один к другому и установленных на каретке 8, которая имеет возможность перемещаться вдоль одной из координатных осей.

Излучение, прошедшее световоэвра щатели 6 и 7, направляют на вторую пару световодов 9 и 10, установленных в обратном ходе излучения от световозвращателей 6 и 7. После све товодов 9 "и 10 излучение попадает на светосоединители !2 и 13, оптически связывающие выходы световодов

9 и 10 с одним из фотоприемников

14 и 15. На эти светосоединители

12 и 13 направляют излучение из другого выхода лазера 1, которое прохо- 20 дит через второй оптический фильтр

ll, выделяющий вторую частоту излучения лазера 1, второй светодели-. тель 17 и зеркало 18, обеспечивающие наложение пучков излучения лазера 1 с обоих его выходов. На светосоединителях 12 и 13, установленных в точке пересечения излучений от обоих выходов лазера 1, пучки лучей взаимодействуют между собой. Смешан-. ное излучение падает на входы фотоприемников 14 и 15 соответственно, выделяющие сигналы биений, взаимодействующих излучению. На выходах фотоприемников 14 и 15 сигналы опре- 35 деляются следующими зависимостями: на выходе фотоприемника 14

U1=0,en((0Z-+t>g" (Ц-q(<1-y4(t) (<)i

1130736 4 щих световодов под действием внешних факторов;

Х ((2к) — приращение фазы, обу5 словленное перемещением каретки 8;

q разность фаз разделенных лучей; — постоянный фазовый

10 сдвиг за счет раэност я оптических путей

121и 12

Полученные электрические сигналы с выхода фотоприемников 14 и 15 пода - ют на входы фазометра 16, который измеряет разностный сигнал с фото.приемников !4 и 15

Ч,-Ч2 - Цо+ 2(g(g к

Ча-О.5 ((НЧ (

Де; 4 Чо Чo Ч,М Ч (tl-q4(0-q „(t).

При.перемещении световозвращателей

6 и 7, жестко связанных с кареткой Si или объектом, разность фаз электр ческих сигналов с учетом их.начально 1 го значения пропорциональна перемещению объекта, а приращение разности, фаз в единицу времени — скорости объекта.

В предлагаемом устройстве на осно-, I .ве двухчастотного лазера осуществле-,,но оптическое гетеродинирование, позволяющее получить два сигнала одной и той же частоты, фазовый сдвиг кото -, рых пропорционален удвоенному переме1щению, а расположение световозвращателей позволяет реализовать дифференциальную схему измерения, которая не чувствительна к угловым разворотам подвижных световозвращателей, обусловленных, например, их виброперемещениями. где 01, и 92 — частоты излучений лазера I а и а — амплитуды сигналов;

q (kj ф (Ц вЂ” случайная фаза, обу словленная нестабильностью лазера l на частотах 11 и (1

2 4,,1М - случайные составляющие сдвига фазы, обусловленные нестабильностями соответствуюВведение в устройство световодов для подведения и отведения излучения от световозвращателей дает возмож50,ность исключить нестабильность показателя преломления среды на результат измерения.

Положительный эффект изобретения состоит в повышении точности изме55 рений путем устранения влияния вибраций контролируемого объекта, загрязненности и турбулентности атмосферы на результат измерения.