Интерференционное устройство для измерения расстояния

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расстояния до неподвижных объектов. Цель изобретения - расширение диапазона измерений. Это достигается за счет искажения эффективной рабочей частоты интерферометра . Принцип действия устройства основан на интерференции частотно-модулированньпс световых пучков, которые создаются путем модуляции лазера 1 пьезозлементом 2, имеющих разные начальные фазы, зависящие от расстояния до зеркала 5 (объектива). Устройство состоит из двух интерферометров, измерительные плечи которых различаются на постоянную величину, что позволяет компенсировать изменение показателя преломления воздуха. Расстояние определяется пи значениям частот, измеренных частотомерами 10 и 16. Сигналы на входы частотомеров поступают после частотной фильтрации узкополосными фильтрами 9 и 15. 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С О! В 9/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЯВЛЮ:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ь (21) 4205847/24-28 (22) 09.05.87 (46) 07.11.88. Бкл. и 41 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) . (72) Г.К.Конопелько (53) 531.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 376653, кл. G 01 В 9/02, 1973. (54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расстояния до неподвижных объектов. Цель изобрете:ния — расширение диапазона измерений, Это достигается за счет искажения эф„„SU„„1435933 А 1 фективной рабочей частоты интерферометра. Принцип действия устройства основан на интерференции частотно-модулированных световых пучков, которые создаются путем модуляции лазера пьезоэлементом 2, имеющих разные начальные фазы, зависящие от расстояния до зеркала 5 (объектива). Устройство состоит иэ двух интерферометров, измерительные плечи которых различаются на постоянную величину, что позволяет компенсировать изменение показателя преломления воздуха, Расстояние определяется по значениям частот, измеренных частотомерами 10 и 16. Сиг налы на входы частотомеров поступают щ лосле частотной флльтраслл уааололосными фильтрами 9 и 15. 1 ил.

1435933

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расстояния до неподвижных объектов.

Цель изобретения — расширение диапазона измерений за счет снижения эффективной рабочей частоты интерферометра путем использования двух час тотно-модулированных световых пуч- 10 ков, имеющих разные начальные фазы, которые определяются положением объ« жакта.

На чертеже показана функциональная схема устройства. t5

Устройство содержит лазер 1, час- тотный модулятор 2 излучения лазера, генератор 3 электрйческих колебаний, светоделитель 4, первый интерферометр, включающий в себя зеркала 5 и 20

6 и светоделительный кубик 7, первый фотопреобразователь 8, узкополосный фильтр 9, вход которого соединен с выходом фотопреобраэователя 8, и частотометр 10, вход которого соеди- 25 нен с выходом узкополосного фильтра

f9, второй интерферометр, включающий

В себя зеркала 11 и 12 и светодели ельный кубик 13, второй фотопреобразователь 14, узкополосный фильтр 15, 30 вход которого соединен с выходом фотопреобразователя 14, частотомер 16, Вход которого подключен к выходу узкополосного фильтра 15.

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера 1 модулируется по частоте модулятором 2, на который поступает переменное напряжение от генератора 3 электрических колебаний. 40

Измерение напряжения на обкладках пьезоэлектрического модулятора 2 приводит к изменению его геометрических размеров (толщины), и за счет изменения длины резонатора лазера происхо- 45 дит смещение частоты его колебаний.

Фотопреобразователь 8 первого интерферометра и фотопреобразователь 14 второго интерферометра регистрируют интерференционные картины. Из-за разности длин щ> измерительных плеч интерферометров на постоянную величину 1 сигналы, снимаемые с выходов фотопреобразователей 8 и 14 будут различны. С выходов фотопреобразователей 8 и 14 сигналы поступают на узкополосные фильтры 9 и

15 соответственно, Выделенные измерительные сигналы поступают на частбтомеры 10 и 16, где измеряются их час

Г

1 -21

«Ф» йййМЬ»

arcsin Г,/4S) агсвьп ТР

arcsin < F< /4 S1

acrsin йР

F, и Р— частоты измерительных сигналов, измеренные частотомерами 10 и

16 - девиация частоты излучения лазера.

Принцип измерения расстояния основан на следующем. Из-за разных длин опорного и измерительного плеч интерферометра интерферирующие световые пучки, имеющие частотную модуляцию, обладают разными начальными фазами, и в результате интерференции этих световых пучков интенсивность результирующего пучка также промодулирована по частоте, причем спектр интенсивности результирующего светового пуч" ка зависит от разности длин опорного и измерительного плеч интерферометра.

Частоты интерферирующих световых пучков записываются

4, =, +Sgcas(gt + ч, );

4 = 4, +Specs(qt + Ч ), где о — частота несущей светового излучения; — частота модуляции, 0 =2iif; ц,и ц — начальные фазы, зависящие от соотношения длин опорного и измерительного плеч интерферометра и определяемые выражениями с1 = 2н Е - - ч" = 2«f

1 о< 1 и<

2с 2с где с; и< скорость света в воздухе; — длина измерительного плеча интерферометра; — длина опорного плеча интерферометра.

Lo< тоты, по значениям которых вычисляется расстояние до отражателя 5, являющегося основным. Расстояние вычисля-. ется по формуле

3 1435933 . 4

Сигнал на выходе фотопреобразова- получим выражение (1) для ц;ьмеряемо теля описывается выражением го расстояния.

Формула t х=(+1 сон (х((е -k,)-2т) (те-н, )dtj, (2) Интерферен а изобретения где I, постоянная составляющая сигнала; амплитуда сигнала; 10 координата, в направлении которой регистрируется интерференция; волновые числа интерферирующих световых пучков.

1с иk

Спектр сигнала, описываемого выра,жейием (2), состоит из несущей с частотой

F, зхп(2и f — — — -)

4Н . „L — Lui ((2с (3) Составитель В.Чулков

Редактор С.Пекарь Техред JI.Сердюкова Корректор Л.Пилипенко

Заказ 5634/39 Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 и боковых составляющих с частотами, равными сумме и разности несущей частоты Г„ и частот, равных 2nQ, где 25 и 1,2,... . Частота несущей выделяется узкополосным фильтром 6 и измеряется частотомером 7. Аналогично рабо тает второй интерферометр. Записав вывыражение для частоты F аналогично gg (3) и решив совместно эти уравнения, ционное устройство для измерения расстояния, содержащее оп тически связанные лазер, светоделитель, первый и второй интерферометры, оптические длины измерительных ,плеч которых отличаются на постоянную величину, каждый из которых состоит из светоделительного кубика и двух зеркал, первый и второй фотопреобра" зователи, установленные на выходах соответствующих интерфераметров, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения диапазона измерений, оно снабжено частотным модулятором излучения лазера, генератором электрических колебаний и двумя электронными схемами, каждая из которых состоит из последовательно соединенных узкополосного фильтра и частотомера, входы электронных схем соединены с выходами соответствующих фотопреобразователей, выход генератора электрических колебаний соединен с входом частотного модулятора излучения лазера„ который кинематически

",связан с лазером.