Фотоэлектрический интерферометр для измерения перемещения

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения перемещений. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет снижения фазовых погрешностей измерения. Прошедший светоделительную пластину 5 модулятора 4 световой пучок поступает на призменный отражатель 8, скрепляемый с объектом 9. После этого пучок фокусируется оптическим элементом и, отражаясь от призменного отражателя 8, фокусное расстояние которого выбирается заранее, попадает на светоделитель 5, при периодическом перемещении которого в сигнале фотоприемника 10 будет присутствовать переменная составляющая сигнала фототока, фаза которого связана с оптической разностью фаз между интерферирующими пучками, что обусловлено перемещение объекта. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к дистанционному измерению малых перемещений, и может быть использовано в производстве высокочастотных измерительных систем координатно-измерительных машин, инструментальных микроскопов и прецизионных станков. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет смещения фазовых погрешностей измерения. На чертеже изображена схема фотоэлектрического интерферометра для измерения перемещения объектов. Фотоэлектрический интерферометр содержит последовательно установленные источник 1 монохроматического излучения, формирующий когерентный слаборасходящийся световой пучок, оптическую систему 2 для расширения светового потока, осуществляющую расширение светового пучка источника 1, светоделитель 3, модулятор 4, выполненный в виде жестко скрепленных между собой светоделительной пластины 5, расположенной в ходе потока, прошедшего светоделитель 3, оптического элемента 6 с отражающей вогнутой сферической поверхностью и блока 7 перемещения модулятора в направлении распространения светового потока, призменный отражатель 8, предназначенный для скрепления с объектом 9, и фотоприемник 10, установленный в обратном ходе потока, отраженного от светоделителя 3. Фокусное расстояние F оптического элемента 6, установленного в ходе потока от отражателя 8, выбрано равным F= , (1) где Z₁ - расстояние от плоскости перетяжки резонатора источника 1 монохроматического излучения до светоделителя 3; Z₂ - расстояние от светоделителя 3 до светоделительной пластины 5 модулятора 4; Z₃ - расстояние от светоделительной пластины 5 модулятора 4 до призменного отражателя 8; К_р - коэффициент преобразования оптической системы 2 для расширения светового потока. Блок 7 перемещения модулятора 4 электрически связан с задающим генератором 11, выход которого также соединен с первым входом фазометра, второй вход которого подключен к выходу фотоприемника 10. Фотоэлектрический интерферометр работает следующим образом. Когерентный слаборасходящийся световой пучок, формируемый источником 1, поступает на оптическую систему 2, осуществляющую его расширение до рабочего размера, после чего расширенный пучок подается на светоделитель 3, разделяющий пучок на два, прошедший и отраженный с приблизительно равными интенсивностями. Прошедший пучок поступает далее на светоделительную пластину 5 модулятора 4, которой повторно делится на два пучка с приблизительно равными интенсивностями. Отраженный от светоделительной пластины 5 модулятора 4 световой пучок возвращается к светоделителю 3. Прошедший светоделительную пластину 5 модулятора 4 световой пучок поступает на призменный отражатель 8, который отражает его в направлении, совпадающем с направлением его прихода. После этого пучок отражается от оптического элемента 6, которым фокусируется и отражается в направлении призменного отражателя 8, который в свою очередь отражает его в направлении светоделителя 3. Отраженные и прошедшие через светоделительную пластину 5 модулятора 4 световые пучки отражаются от светоделителя 3 и, накладываясь друг на друга, образуют интерференционную картину в плоскости регистрации фотоприемника 10. При периодическом перемещении светоделительной пластины 5 модулятора 4, создаваемом при помощи блока 7 перемещения модулятора 4 и генератора 11, в выходном электрическом сигнале фотоприемника 10 присутствуют переменная составляющая сигнала фототока, фаза которой известным образом связана с оптической разностью фаз между интерферирующими пучками, обусловленной перемещением в направлении распространения контролируемого объекта 9, жестко связанного с призменным отражателем 8. Измерение фазы переменной составляющей сигнала фототока регистрируется фазометром 12 на каждом периоде модуляции, при этом в качестве опорного при измерениях фазы используется сигнал задающего генератора 11. В ходе потока от отражателя 8 установлен оптический элемент 6 модулятора 4, характеризующийся полностью отражающей вогнутой поверхностью с фокусным расстоянием F, определяемым в соответствии с соотношением (1). Фокусное расстояние F для оптического элемента 6 модулятора 4 выбрано таким образом, что кривизны волновых фронтов интерферирующих пучков слабо отличаются одна от другой, а площади поперечных сечений интерферирующих пучков оказываются приблизительно одинаковыми. В результате значительно снижаются фазовые погрешности, обусловленные неидентичностью кривизны волновых фронтов интерферирующих пучков. Одновременно в предлагаемом интерферометре удается в два раза повысить чувствительность измерения и в два раза уменьшить амплитуду сигнала управления, формируемого задающим генератором 11 и поступающего на блок 7 перемещения модулятора 4. (56) Авторское свидетельство СССР N 281829, кл. G 01 B 11/04, 1970.

Формула изобретения

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ объектов, содержащий последовательно установленные источник монохроматического излучения, оптическую систему для расширения светового потока, светоделитель, призменный отражатель, предназначенный для скрепления с объектом, и фотоприемник, установленный в обратном ходе потока, отраженного от светоделителя, модулятор, задающий генератор, электрически соединенный с модулятором, и фазометр, входы которого соединены соответственно с выходом фотоприемника и генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, модулятор установлен между светоделителем и отражателем и выполнен в виде жестко соединенных между собой светоделительной пластины и оптического элемента с отражающей вогнутой сферической поверхностью и блока перемещения модулятора в направлении распространения светового потока, электрически связанного с задающим генератором, модулятор установлен так, что пластина расположена в ходе потока, прошедшего светоделитель, а оптический элемент - в ходе потока от отражателя и имеет фокусное расстояние F= , где F - фокусное расстояние вогнутой сферической поверхности; L₁ - расстояние от плоскости перетяжки резонатора источника монохроматического излучения до светоделителя; L₂ - расстояние от светоделителя до светоделительной пластины модулятора;
L₃ - расстояние от светоделительной пластины до призменного отражателя;
K_р - коэффициент преобразования оптической системы для расширения светового потока.

РИСУНКИ

Рисунок 1