Устройство для измерения интерферограмм

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения ytycK/ocm. является повышение точности измерения положения центров интерференционных полос за счет исключения погрешностей от измерения скорости сканирования и образования ложных сигналов. Устройство содержит АЦП 7, преобразующий сигнал в дискретную форму, запоминающий блок 9, позволяющий запомнить величину энергии полупериодного сигнала (только одной полярности), делитель 10 (на два) и схему 17 сравнения кодов , позволяющие проводить сравнение (Л 1С СО ,сл I. IS. ./

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (59 4 G 01 В 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3871320/24-28 (22) 26,03.85 (46) 07.03.87. Вюл. Ф 9 (72) P.Â.Ãàëàíñêèé (53) 531.7(088.8) (56) Патент США Р 159522, кл. 6 Oi В 11/00, 1983. (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕРФЕРОГРАММ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения

SU„„1295224 А 1 является повышение точности измерения положения центров интерференционных полос за счет исключения погрешностей от измерения скорости сканирования и образования ложных сигналов, Устройство содержит АЦП 7, преобразующий сигнал в дискретную форму, запоминающий блок 9, позволяющий запомнить величину энергии полупериодного сигнала (только одной полярности), делитель

10 (на два) и схему 17 сравнения кодов, позволяющие проводить сравнение

1295224 (в следующем полупериоде) половины между центрами полос с каждым тактом запоминающего значения с задержанной генератора 8, учитывающим скорость текущей величиной и таким образом вы- сканирования:, проводит определение являть энергетический центр полупери- расстояния между вычисленными центраода. Блок 5 определения интервалов ми соседних полос. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в интерферометрических измерительных системах для измерения расстояния между интерференционными полосами, например при контроле асферических оптических поверхностей.

Цель изобретения — повышение точности измерения- положения центров интерференционных полос эа счет исклю- 10 чения погрешностей от изменения скорости сканирования и образования ложных сигналов.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг,2 — диаграмма напряжений на элементах схемы.

Устройство содержит последовательно установленные сканирующий блок 1 с приемником 2 излучения, усилительограничитель 3, блок 4 определения 20 центра полосы, блок 5 определения ин,терналон между центрами полос, регистратор 6.

Блок 4 определения центра полосы состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) ?, генератора 8, запоминающего блока 9, делителя 10, компаратора 11 с инвертором 12, элемента

13 задержки, сумматора 14, регистра

15, коммутатора 16, схемы 17 сравнения кодов, второго триггера 18.

Блок 5 определения интервалов между центрами полос состоит из первого триггера 19 (со счетным входом), двух элементов ЗИ-2ИЛИ 20 и 21 и двух счет-35 чиков 22 и 23 импульса. На диаграммах обозначены сигналы 24-38.

Вход АЦП 7 соединен с выходом усилителя-ограничителя 3 и с входом компаратора 11, а выход — с (информационным) входом блока 9 и через делитель 10 с входом сумматора 14. Выход блока 9 объединен с выходом делителя

10, у которого коэффициент деления равен двум. Выход сумматора 14 соеди- "5

2 нен с входами регистра 15 и коммутатора 16, выходы которых соединены с соответствующими входами схемы 17 сравнения кодов ° Выход схемы 17 сравнения кодов соединен с вторым (нулевым) входом второго триггера 18 и с вторым входом сброса сумматора 14, первый вход сброса которого объединен с входом управления коммутатора 16, и подключен через последовательно соединенные элемент 13 задержки и инвертор l2 к выходу компаратора 1 1, к первому входу управления блока 9 и к счетным входам триггера 19. Ком— мутирующий адресный вход блока 9 соединен с первым (единичным) вьгходом триггера 18, с первыми входами элементов ЗИ-2ИЛИ 20 и 2 l Адресный вход блока 9 соединен с перным выходом генератора 8, тактовым входом АЦЛ 7, вторыми и пятыми входами элементов

ЗИ-2ИЛИ 20 и 21. Второй вход генератора 8 подключен к входу сканирующего блока 1. Вход элемента 13 задержки соединен с входом управления регистра 15. Нулевой выход триггера 18 соединен с первым входом управления регестратора б, с четвертыми входами элементов ЗИ-2ИЛИ 20 и 21. Третий вход у первого 20 и шестой вход у второго 21 элементов ЗИ-2ИЛИ соединены с нулевыми вьгходами перного триггера 19 и вторым входом управления регистратора б, шестой вход у первого 20 и третий вход у второго 21 элементов ЗИ-2ИЛИ соединены с единичным выходом триггера 19. Выходы элементов

ЗИ-2ИЛИ 20 и 21 соединены через соответствуюп,ие. счетчики 22 и 23 импульсов с информационным входом регистратора 6, выходы которого соединены с входами сброса соответствующего счетчика 22 и 23.

Устройство работает следующим образом.

1 9 224

Работа устройства основана на определении центра интерференционной волссы через энергетический центр сигнала, формируемого от этой полосы, и вычислении координат этих центров.

Расстояние (временное) между .центрами двух соседних полос (фиг ° 2) 1. = ».»-1 +

+ где — период следования двух

1 соседних светлых (темных) полос интервалы между началами соседних полос и их центрами.

Для определения положения центра поло-15 сы измеряется половина энергии каждой полуволны электрического сигнала, формируемого от каждой полосы, и с полученной величиной сравнивается текущая вели »ина энергии задержанной полувол- 70 ны того же сигнала. Моменты равенства этих величин энергии принимаются за временные координаты центров полос, В исходном состоянии в устройстве устанавливаются в нулевое состояние (цепи начальной установки (не показаны) АЦП 7, регистр адреса блока 9, счетчики 22 и 23, триггеры 18 и 19, а регистр 15 — в любое ненулевое состояние. При этом сигналом 31 с единичного выхода триггера ЗИ-2ИЛИ 20 и 21 подготавливаются по четвертому входу, а си налом 33 с выхода триггера 19 эти элементы подготавливаются соответственно по третьему и шестому 35 входам .

Кол»андой Пуск запускают генератор 8 и с помощью сканирующего блока, синхронизированного частотой генератора 8, сканируют интерференционную 40 картину в направлении, перпендикулярном интерференционным полосам, На выходе приемника 2 излучения формируется электрический сигнал, уровень которого измеряется в соответствии с 45 освещенностью элементов картины, а частота определяется скоростью сканирования и интенсивностью полос. Сигнал с приемника 2 поступает на вход усилителя-ограничителя 3, который 50 усиливает этот сигнал и выделяет из него полуволны одной полярности, которые поступают на вход АЦП 7 и компаратора 11. АЦП 7 квантует аналогоBbIA сигнал полуволны в цифровой код 55 с частотой следования тактовых импульсов генератора 8.

Одновременно тактовые импульсы с выхода генератора 8 поступают на вторые и пятые входы элементов 311- 11!!11

20 и 21 и прохопят через адин из них на счетчик 23. Последний начинает подсчет импульсов, количество которых пропорционально координате I — расо стоянию от начальной точки отсчета до начала первой полосы. Тактовые импульсы (сигналы) 37 на этот счетчик поступают до начала первой полосы (первой полуволны) в течение времени (фиг,2).

С появлением на входе ЛЦП 7 и компаратора 11 полуволнового сигна»»а 25, соответству»ощега> например, светлой полосе, на выходе компаратора 11 формируется потенциал единичного уровня (сигнал 26), который поступает на первый вход управления блока 9 и устанавливает в нем режим записи, запускает счетчик адреса, имеющийся в блоке 9, В течение времени t< с выхода

АЦП 7 выдаются коды (сигнал 28), которые записываются в блок 9 с каждым тактовым импульсом, поступающим на адресный вход блока 9 и тактовый вход АЦП 7. Одновременно код с ЛЦП 7 через делитель 10, который уменьшает значение кода B два раза за счет сдвига кода на один разряд в сторону младшего разряда, поступает в сумматор 14. В сумматоре 14 производится суммирование кодов, соответствующих половине амплитуды дискретных значений сигнала, и вычисляется величина, пропорциональная половине энергии полуволнового сигнала в интервале

» (фиг.2).

Одновременно передним фронтом сигнала с выхода компаратора 11 устанавливается в единичное состояние триггер 19 и на его выходе формируется разрешающий сигнал 34, который подготавливает шестой и третий входы соответствующих элементов ЗИ-2ИЛИ 20 и 21. Тактовые импульсы (сигнал 35) с генератора 8 поступают через элемент ЗИ-2ИЛИ ?О на вход счетчика 22, который начинает подсчет интервала

t В это время вход счетчика 23 закрыт.

После окончания полуволны (сигнала 25) на выходе компаратора 11 формируется нулевой сигнал 26, который поступает на управляющий вход блока

9 и переключает его в режим считывания, запирает вход счетчика адреса в блоке 9. Сигнал 2б также поступает на инвертор 12 и формирует на его выходе единичный сигнал 27, который по1295224 ступает на управляющий вход регистра

15 и перецним фронтом. разрешает перенос информации из сумматора 14 и регистр 15, с выхода которого код поступает на один из входов схемы 17 сравнения. Одновременно сигнал 27 с выхода инвертора 12, задержанный,элементом 13 задержки на время (фиг.2), необходимое для записи в регистр l5, поступает на первый вход сброса сумматора 14 и первый вход триггера 18. Передним фронтом задержанного сигнала сумматор 14 устанавливается в нулевое состояние, а триггер 18 — в единичное состояние.

Задержанный сигнал поступает также на управляющий вход коммутатора 16, подготавливает его к приему кода с сумматора 14. Единичный потенциал (сигнал 30) с выхода триггера 18 поступает на первые входы элементов

ЗИ-2ИЛИ 20 и 21 на второй вход управления блока 9, код которого отпирает вход счетчика адреса. С каждым тактовым импульсом в интервале из блока 9 в сумматор 14 поступает ранее записанный код (сигнал 29), а с выхода сумматора 14 код поступает через коммутатор 16 на второй вход схемы l7 сравнения. По мере поступления кодов (сигнал 29) из блока 9 в суммато" ре 14 формируется задержанное текущее значение кода энергии первого полуволнового сигнала, который сравнивается в схеме 17 сравнения с кодом половинного значения энергии этого сигнала, записанным в регистре 15, В момент равенства кодов на выходе схемы 17 сравнения формируется сигнал

32, соответствующий энергетическому центру сигнала, который поступает на нулевой вход триггера 18 и сумматора

14 устанавливая их нулевое положение. На выходе триггера 18, таким образом, формируется импульс (сигнал

30), длительность которого равна временному интервалу от начала сигнала

25 до его энергетической середины,, т

Единичный сигнал 30 с выхода триггера 18 через элемент ЗИ-2ИЛИ 21 открывает вход счетчика 23, который производит подсчет тактовых импульсов (сигнал 37) в интервале Х . Вход счет

2 чика 22 в это время закрыт нулевым сигналом 31 с выхода триггера 18. Это эквивалентно тому, что из текущего значения величины Х < производится вычитание значения величины У .

После установки триггера 18 в исходное состояние в момент равенства кодов вход счетчика 23 запирается, а счетчика 22 отпирается. На выходе

5 счетчика 23 фиксируется код (сигнал

37), пропорциональный интервалу от на-. чальной точки отсчета до центра первой полосы A,=I +I =L . Этот код поступает в регистратор 6, который после считывания выдает сигнал сброса 38 в счетчик 23 и устанавливает его нулевое состояние. На вход счетчика 22 импульсы (сигналы 35) продолжают поступать до начала следующей полуволны — второй светлой полосы.

С этого момента начинаетея вычисление сумматором 14 половины значения энергии сигнала второй полуволны в интервале t. è запись в блоке 9 текущих значений этого сигнала аналогично процессу, описанному для первой полуволны

С началом полуволны (сигнал 25) второй светлой полосы на выходе компаратора формируется единичный сигнал

26, который устанавливает в блоке 9 режим записи и открывает вход счетчика адреса блока 9, переключает триггер 19 в нулевое состояние. Разрешаю- @ щий сигнал 33 блока 9 с нулевого выхода триггера 19 подготавливает третий и шестой входы соответственно у элементов ЗИ-2ИЛИ 20 и 21. Таким образом, на вход счетчика 23 поступают

35 тактовые импульсы (сигнал 37), которые формируют в счетчике код А, соответствующий интервалу L — расстоянию между центрами второй и третьей полосы. Одновременно с каждым такто-, 40 вым импульсом производится запись кода (сигнал 28) с выхода АЦП 7 в блок

9 и через делитель 10 в сумматор 14.

После окончания полуволны по разрешающему сигналу 27 с выхода инвер45 тора 12 производится перезапись кода из сумматора 14 в регистр 15, нулевой сигнал 26 с выхода компаратора переключает блок 9 в режим считывания.

Начинается операция сравнения текуще50 го значения энергии задержанной второй полуволны с величиной энергии, записанной в регистр 15 аналогично описанному для первой полуволны. При этом вход счетчика 23 запирается, а

55 вход счетчика 22 открывается и начинается подсчет координаты 2 . Таким

3 образом, в счетчике 22 завершается формирование кода А,, эквивалентного интервалу L „ между центрами первой

95224

/ 1 2 и второй полос. 11осле совпадения кодов в схеме 17 сравнения импульс с его выхода переключает триггер 18, с выхода которого сигнал 31 поступает на регистратор б. По этому сигналу с выхода счетчика 22 производится запис кода А, в регистратор 6, который после ввода выдает в счетчик 22 импульс сброса (сигнал 36) и устанавливает его в исходное нулевое состояние. В это время счетчик 23 продолжает формировать код Л, подсчитывая импульсы (сигнал 37), количество которых эквивалентно интервалу I . Процесс продолжается аналогично описанному до появления сигнала "Останов", который поступает на генератор 8 и запирает его. Сканирующий блок 1 останавливается, импульсы (сигнал 24) прекращают поступать в устройство.

Количество импульсов, подсчитанное поочередно счетчиками 22 и 23, пропорционально временному интервалу между центрами соседних полуволн сигнала.

Зная частоту следования импульсов и скорость сканирования исследуемой интерференционной картины, можно пересчитать эту величину в расстояние между центрами интерференционных полос, а также определить координаты центров всех полос на картине.

Формула изобретения

Устройство для измерения интерферограмм, содержащее сканирующий блок, приемник излучения, оп гически связанный с ним, усилитель-ограничитель, подключенный к выходу приемника излучения, блок определения центра полосы с компаратором и коммутатором и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем что, с целью повьппения точности измерения положения центров интерференционных полос, оно снабжено блоком определения интервалов между центром полос, выполненньж в виде триггера, двух элементов ЗИ-2ИЛИ и двух счетчиков импульсов, входы триггера подключены к выходу компаратора, один выход триггера соединен с объединенными шестым входом первого элемента ЗИ-2ИЛИ и третьим входом второго элемента ЗИ2ИЛИ, другой выход триггера соединен с третьим входом первого и шестым входом второго элементов ЗИ-2ИЛИ„ другой выход которого соединен с четвертыми входами элементов ЗИ-2ИЛИ, а выходы подключены через соответствуюши счетчики к соответствующим информационным входам регистратора, один вход управления которого соединен с четвертыми входами элементов ЗИ-2ИЛИ, 10 другой — с шестыми входами этих элементов, а выходы регистратора подклю1чены к входам сброса счетчиков, а блок определения центра полосы включает также соединенные последовательно аналого-цифровой преобразователь, сумматор, регистр и схему сравнения кодов, соединенные последовательно инвертор и элемент задержки, генератор, запоминающий блок и Вторрй триггер, 20 коммутатор включен между выходом сумматора и вторым входом схемы сравнения кодов, вход компаратора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя и является входом блока определения центра полосы„ соединенного с усилителем-ограничителем, выход элемента задержки соединен с первым входом сброса сумматора, с входом управления коммутатора и с первым входом

ЗО триггера, второй вход которого подключен к выходу схемы сравнения, соединенному также с вторым входом сброса сумматора, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информаци35 онным входом запоминающего блока, выход которого подключен к выходу делителя, адресный вход запоминающего блока объединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя и

4О подключен к первому выходу генератора, выход компаратора соединен также с первым входом управления запоминающего блока, второй вход управления которого соединен с первым выходом

45 второго триггера, вход управления регистра подключен к выходу инвертора, первые входы обоих элементов ЗИ-2ИЛИ подключены к первому выходу триггера блока определения центра полосы, вто5О рые и пятые входы подключены к первому выходу генератора блока определения центра полосы, второй выход генератора подключен к сканирующему блоку, вход элемента задержки подключен

55 также к входу управления регистра.

1295224

Составитель Е.Глазков

ТехРед В.КадаР КоРРектоР В.Вутяга

Редактор H.Òóïêöà

Заказ 609/47 Тираж 678 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4