Двухчастотная интерферометрическая система для измерения линейных перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений за счет обеспечения непрерывной регистрации перемещений. Инте рферрмётрическая система содер жит лазеры 1 и 2, излучающие световые потоки различной частоты, блок оптического смешения световых потоков, который осуществляет расщепление и пространственное совмещение световых по-, токов на фотоприемниках 7 и 8. Перемещение призмы 6, связанной с объектом , приводит к возникновению сигнала разности частот двух лазеров на выходе фотоприемника 7 и сигнала, отличающегося от разностного на величину доплеровского сдвига на выходе фото приемника 8. Сигналы с фотоприемников 7 и 8 поступают на реверсивный счет-г чик 9, которьй регистрирует перемещение объекта. Стабилизацию разности частот излучения лазеров 1 и 2 ствляет электронный блок 10 частотнофазовой автоматической подстройки. 1 ил. С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

{19) (И) д) 4 С 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3944839/24-28 (22) 13.08.85 (46) 30.12.87. Бюл. У 48 (71) Институт теплофизики СО АН СССР (72) С.Н.Багаев, А.С.Дычков, А.Э.Ом, В.А.Орлов, Ю.Н.Фомин и В.П.Чеботаев (53) 531.7(088.8) лазеры 1 и 2, излучающие световые потоки различной частоты, блок оптического смешения световых потоков, который осуществляет расщепление и пространственное совмещение световых по-, токов на фотоприемниках 7 и 8. Перемещение призмы 6, связанной с объектом, приводит к возникновению сигнала разности частот двух лазеров на выходе фотоприемника 7 и сигнала, отличающегося от разностного на величину доплеровского сдвига на выходе фотоприемника 8. Сигналы с фотоприемников

7 и 8 поступают на реверсивный счет чик 9, который регистрирует перемещение объекта. Стабилизацию разности а частот излучения лазеров 1 и 2 осуществляет электронный блок 10 частотнофаэовой автоматической подстройки.

1 иле (56) Патент США В 3458259, кл. 356"106, 1969. (54) ДВУХЧАСТОТНАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКАН СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ

ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения— повышение точности и расширение диапазона измеренйй за счет обеспечения непрерывной регистрации перемещений.

Интерферометрическая система содержит

" .7, У„

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

13629

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений удаленных объектов.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерений за счет обеспечения непрерывной регистрации перемещений.

На чертеже представлена принципиальная схема двухчастотной интерферометрической системы.

Интерферометрическая система содержит первый и второй лазеры 1 и 2, блок оптического смешения световых 15 потоков, состоящий из первого и второго полупрозрачных зеркал 3 и 4 и двустороннего зеркала 5, призму 6 полного внутреннего отражения, предназначенную для связи с объектом, пер- 20 вый и второй фотоприемники 7 и 8, установленные на первом и втором выходах блока оптического смещения световых потоков,, реверсивный счетчик

9, электронный блок 10 частотно-фазо- 25 вой автоматической подстройки, пьезоэлемент 11 и стабильный радиогенератор 12. Пьезоэлемент 11 связан с вторым лазером 2, первый и второй входы электронного блока 10 частотно-фазо- 30 вой автоматической подстройки соединены с выходами второго фотоприемника 8 и стабильного радиогенератора

12, а выход — с пьезоэлементом 11. !

Двухчастотная интерферометрическая 35 система работает следующим образом, Излучение лазеров 1 и 2 поступает в блок оптического смешения, который включает в себя два полупрозрачных зеркала 3 и 4 и одно плотное 5, отра- 40 жающее с обеих сторон по 1007. Роль этого блока: путем расщепления и пространственного совмещения световых пучков произвести оптическое смешение лазерных полей на фотоприемниках 7 и 45

8. Так как перемещение призмы 6, укрепленной на объекте, приводит к изменению частоты порции излучения лазера 1, то на втором фотоприемнике 8 вьщеляется сигнал биений тока на час- 50 тоте, равной исходной разности частот двух лазеров, тогда как на первом фотоприемнике 7 вьщеляется сигнал с частотой, отличающейся от исходной разности на величину доплеровского сдвига, определяемого скоростью движения объекта. Сигналы с фотоприемников поступают на реверсивный счетчик 9, регистрирующий перемещение в виде набе23 2 га фазы и подсчитывающий целое число фазовых циклов. При перемещении. призмы 6 на величину 1 /4, где h — длина волны лазерного излучения, раз-. ность фаз сигналов биений двух фотоприемников совершает один цикл, т.е. о изменяется на 360

Для нормальной непрерывноч работы системы с высокой .чувствительностью и точностью необходимо, чтобы разность частот двух .лазеров в течение большого промежутка времени оставалась постоянной ° Электронный блок 10 частотно-фазовой автоматической подстройки стабилизирует эту разность.

На два входа блока 10 подается сигнал с второго фотоприемника 8 на частоте < —, где ), и 1 оптические частоты и сигнал со стабильного радиогенератора 12 на частоте f о

Блок 10 вырабатывает управляющее напряжение, пропорциональное разности частот f — (4, -g ) и подает его на пьезоэлемент, на котором закреплено зеркало резонатора лазера 2. При этом частота лазера 2 изменяется таким образом, чтобы разность частот, -1 быпа с фазовой точностью равна частоте f, опорного радиогейератора 12.

Таким образом, статическая ошибка при измерении отсутствует, а динамическая не превышает 1 Гц за время измерения.

Это означает, что спектр .сигнала биений двух связанных лазеров имеет ширину ь1 сс1 Гц.

Формула изобретения

Двухчастотная интерферометрическая система для измерения линейных перемещений, содержащая первый и второй лазерные источники света, предназначенные для излучения первого и второго параллельных потоков различной частоты, блок оптического смешения световых потоков, состоящий из первого и второго полупрозрачных зеркал, расположенных под углом по ходу первого и второго световых потоков соответственно, и двустороннего зеркала, расположенного перпендикулярно второму световому потоку, призму полного внутреннего отражения, предназначенную для связи с объектом, первый и второй фотоприемники, установленные на первом и втором выходах блока оптического смешения световых потоков, реверсивный счетчик, первый и второй

1362923

Составитель О.Несова

Техред Л.Олейник

Корректор В.Ыутяга

Редактор M.Ïåòpoâà

Заказ 6354/26

Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, -35 Раушская нйб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 входы которого соединены с первым и вторым фотоприемниками соответственно, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и рас- ширения диапазона измерений, она снабжена электронным блоком частотно-фазовой автоматической подстройки, пьезоэлементом, связанным с вторым лазерным источником света, стабильным радиогенератором, первый и второй входы электронного блока частотно-фазовой автоматической подстройки соединены с выходами второго фотоприемника и стабильного радиогенератора соответственно, а выход — с пьезоэлементом.