Интерферометр для измерения линейных перемещений объектов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений подвижных объектов, в частности в качестве датчика обратной связи в прецизионном оборудовании. Цель изобретения - повышение точности измерения при расширении диапазона скорости перемещения объекта за счет уменьшения поверхности взаимодействия светового луча с вибрирующими частями опорного зеркала и уменьшения массы вибрирующих частей опорного зеркала. Интерферометр содержит источник 1 когерентного излучения, оптически связанный со светоделителем 2, подвижный отражатель 3, опорное зеркало 4, фокусирующий элемент, например, в виде линзы 5, пьезоэлектрический вибратор 6, рабочая поверхность которого расположена в фокальной плоскости линзы фотоприемник 7, электрически соединенный с входом блока 8 обработки сигнала. В качестве зеркала 4 может быть использована мембрана, расположенная в фокальной плоскости линзы 5 и соединенная с вибратором 6 так, что последний вызывает колебания отражающей поверхности мембраны. В качестве светоделителя 2 может быть использован светоделительный куб, рабочая поверхность которого выполнена в виде сферического зеркала. Светоделительный куб закреплен на корпусе, к которому присоединены мембрана с вибратором 6. Светоделительное покрытие имеет прозрачную зону, через которую проходит сфокусированное излучение. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 01 В 9/02, 11/02

Вг г уцрч!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К д ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4352951/25-28 (22) 29.12.87 (46) 30.07.89 ° Бюл. ¹ 28 (72) А.А.Нескородов и К.Е.Карашоков (53) 531.715.1 (088.8) (56) Измерительная техника, 1972, № 4, с. 15-17. (54) ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений подвижных объектов, в частности в качестве датчика обратной связи в прецизионном оборудовании.

Цель изобретения — повьппение точности измерения при расширении диапазона скорости перемещения объекта за счет уменьшения поверхности взаимодействия светового луча с вибрируюÄÄSUÄÄ 1497451 A 1 щими частями опорного зеркала и уменьшения массы вибрирующих частей опорного зеркала. Интерферометр содержит источник 1 когерентного излучения, оптически связанный со светоделителем 2, подвижный отражатель

3, опорное зеркало 4, фокусирующий элемент, например, в виде линзы 5, пьезоэлектрический вибратор 6, рабочая поверхность которого расположена в фокальной плоскости линзы, фотоприемник 7, электрически соединенный с входом блока 8 обработки сигнала. В качестве зеркала 4 может быть использована мембрана, расположенная в фокальной плоскости линзы 5 и соединенная с вибратором 6 так, что последний вызывает колебания отражающей поверхности мембраны. В качестве светоделителя 2 может быть использован светоделительный куб, pабОчяя повpрхноcÃü KО I Орого Быпол нена в виде сферического зеркала.

Светоделительный куб закреплен на корпусе, к которому присоединены

1497451 мембрана с вибратором. Светоделительное покрытие имеет прозрачную зону, через которую проходит сфокусированное излучение, 4 з.п.ф — лы, 3 ил, Изобретение относится к измери-. 10 тельной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений подвижных объектов, в частности, для измерения перемещений подвижных органов прецизионного on- 15 тико-механического оборудования, а также в качестве датчика обратной связи в системах управления укаэанным оборудованием.

Цель изобретения — повышение точ- 20 ности измерения и обеспечение возможности измерения при расширении

1диапазона скорости перемещения объекта за счет уменьшения поверхности взаимодействия светового луча с виб" рирующими частями опорного зеркала и уменьшения массы вибрирующих частей опорного зеркала.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема интерферометра для измере- 0 ния линейных перемещений объектов; на фиг. 2 и 3 — варианты выполнения интерферометра.

Интерферометр содержит источник 1 когерентного излучения, например лазер, оптически связанный со светоделителем 2, расположенным под углом

45 к направлению светового излучения, подвижный отражатель 3, опорное зеркало 4, фокусирующий элемент, на- 40 пример, в виде линзы 5, и пьезоэлектрический вибратор 6, рабочая поверх. ность которого расположена в фокальной плоскости линзы 5, фотоприемник

7, который электрически соединен с входом блока 8 обработки сигнала.

Пьезоэлектрический вибратор 6 электрически соединен с выходом генератора 9, который электрически соединен с входом блока 8 обработки сигнала.

На фиг. 2 показан вариант использования в качестве зеркала 4 мембра— ны 10, расположенной в фокальной плоскости линзы 5 и механически соединенной с вибратором 6 так, что пас->> ледний вызывает колебания отражающей поверхности мембраны 10.

На фиг, 3 показан вариант использования н качестве светоделителя 2

4iIx 41 Z.. .2% f...

+ U s>n(---- ---- зir. ----" ) ч о

Л постоянная составляющая выходного напряжения фотоприемника 7; амплитуда полезной составляющей выходного напряжения; смещение подвижного отражателя 3; где U —

1, светоделительного куба 11„у которого рабочая поверхность 12 образована сферическим зеркалом 13. Светодели" . тельный куб 11 закреплен на корпусе

14, к которому механически присоединены мембрана 10 с вибратором 6.

Светоделительное покрытие 15 имеет прозрачную зону 16, через которую проходит сфокусированное излучение.

Интерферометр работает следующим образом.

Световой луч от источника 1 когерентного излучения делится светоделителем 2 на два луча с равными амплитудами, один иэ которых попадает на подвижный отражатель 3, предназначенный для связи с контролируемым объектом и имеющий возможность смещаться в направлении ., отражается от него и вновь приходит на свето-делитель 2. Другой луч фокусируется линзои 5 на поверхность вибратора 6, отражается от нее, вновь восстанавливается линзой 5 и также возвращается на светоделитель 2 таким образом, что оба луча создают на поверхности фотоприемника 7 интерференционную картину, смещающуюся при смещении подвижного отражателя 3.

Ь

При подаче модулирующего напряжения от генератора 9 на пьезокерамический вибратор 6 последний вибрирует и вызывает изменение фазы опорного светового луча с частотой f, равной частоте модуляции, что в свою очередь вызывает вибрацию интер-ференционной картины с той же частотой. Смещение интерференционной картины регистрируется фотоприемником

7 в виде электрического сигнала

1497451

Z — амплитуда вибрации;

Л вЂ” длина волны света; — угол падения светового луча на поверхность вибратора 6.

Электрический сигнал с выхода фотоприемника 7 поступает в блок 8 обработки сигнала, где усиливается, смешивается с опорным сигналом генератора 9 и фильтруется.

Выходной сигнал блока 8 обработки сигнала

47пх

Sr.rx

KU sin ——

Л

15 где К вЂ” коэффициент передачи блока 8 обработки сигнала.

Смещение отражающей поверхности по отношению к фокальной плоскостй линзы 5 вызывает отклонение от параллельности входящего и выходящего лучей и увеличение угловой расходимости последнего, которые могут быть определены как С1 25

yd= + —-У

ZR д + ф

Повышение термостабильности и жесткости конструкции обеспечивается использованием фокусирующего элемента, где R — радиус точки пересечения светового луча с главной плоскостью линзы;

d — диаметр входного луча;

f — фокусное расстояние линзы; д — отклонение от параллельности входящего и выходящего лучей;

Ae{ - угловая расходимость выходящего луча.

Так как величина фокусного рас" стояния составляет f 10 Ли d(R(f дополнительная угловая расходимость лучей при работе модулятора не превышает 10 рад, что пренебрежимо мало с ,реальной угловой расходимостью лазерного излучения и не может сказаться на очности интерферометра.

Для уменьшения погрешности изме45 рения, связанной с тепловым расширением пьезокерамики в процессе работы, в качестве зеркала .4 используется поверхность тонкой мембраны 10, а вибратор б закрепляется на ней так, что при подаче сигнала от генератора 9 вы-50 зывает в мембране 10 изгибные колебания. Так как вибратор 6 непосредственно не взаимодействует со световым лучом, его тепловое расширение не сказывается на точности измерений, выполненного на одной из рабочих поверхностей светоделительного куба 11.

При этом световой луч попадает на светоделительную поверхность 15 и расщепляется на два луча, один из которых, отражаясь от отражающего покрытия сферического зеркала 13, фокусируется на поверхности мембраны

10 через прозрачную зону 16, вновь проходит через нее, отразившись от мембраны 10, восстанавливается сферическим зеркалом 13 и рекомбинирует на светоделительном покрытии 15 со вторым лучом, отраженным от подвижного отражателя 3. Дальнейшая обработка сигнала не отличается от описанной.

Формула изобретения

1. Интерферометр для измерения линейных перемещений объектов, содержащий источник излучения, светоделитель для разделения излучения на две ветви, отражатель, предназначенный для связи с объектом и расположенный в одной ветви, зеркало и связанный с ним вибратор, расположенные с другой ветви, и фотоприемник, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности измерения и обеспечения возможности измерения при расширении диапазона скорости перемещения объекта, он снабжен фокусирующим элементом, установленным пе ред зеркалом так, что его фокальная плоскость совпадает с плоскостью зеркала.

2. Интерферометр по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что в качестве фокусирующего элемента использована линза.

3. Интерферометр.по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что в качестве зеркала использована рабочая поверхность вибратора.

4. Интерферометр по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что он снабжен мембраной, соединенной с вибратором и используемой в качестве зеркала.

5. Интерферометр по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения жесткости и уменьшения габаритов, светоделитель выполнен в виде светоделительнаго куба, одна из рабочих поверхностей которого образована сферическим зеркалом, используемым в качестве фокусирующего эле1497451

Сос тавитель Л. Лоб з ов а

Техред М. Ходанич Корректор M.Âàñèëüåâà

Редактор Н. Горват

Заказ 4429/41 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Г1ента а ня светоделительном покры

aèè куба выполнена прозрачная зона пля проходя сфоку;. pон, нного изпу чения.

1Я