Способ измерения перемещения объекта и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения линейных перемещений. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет исключения ошибки, вызванной непрямолинейностью движения меры при ее угловых переносах. Для этого меру одновременно с первым пучком когерентного излучения освещают вторым пучком, направленным к первому под углом, равным удвоенному углу дифракции выделяемых порядков, складывают выделенные однопорядковые максимумы по амплитуде и путем счета интерференционных полос при смещении меры измеряют перемещение объекта. Формирование второго пучка осуществляют светоделителем, установленным между коллиматором и зеркальной призмой, а регистрацию картины полос - третьим фотоприемником, оптически связанным с мерой. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

сооз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,Я0„„1И 8666 А 1 (бр 4 С 01 В 11/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪГ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

По другую сторону меры 5 установле-. ны оптически связанные с неи п -рвая и вторая фазовые пластинки 9 и 10„ первый и второй отражатели 11 и 12, а также фотоприемник 13.

Способ осуществляется следующим образом.

Освещают один и точ же участок решетки двумя KoJlJlHMHpoBëнными пучками, Причем угол между пучками

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Пф ИВОБР(ГЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ пРи Гннт сссР (21) 4394772/24-28 (22) 11,03.88 (46) 30.10.89. Бюл. М 40 (71) Институт электроники АН БССР (72) В.Н.Ильин (53) 531.715(088.8) (56) Патент ФРГ 11 - 3316144, кл. G 01 В 11/02, 1983. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения линейных перемещений. Целью изобретения является повышение точности измерения эа счет исключения ошибки, вызван-

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к способам и устройствам, использующим" муаровые и интерференционные полосы для отсчета линейных перемещений, Цель изобретения — повышение точности отсчета величины перемещения объекта с помощью меры (дифракционной решетки) эа счет исключения ошибки, вызванной непрямолинейностью движения меры при ее угловых перекосах, На чертеже представлена схема устройства для осуществления способа, Устройство содержит оптически связанные и установленные друг эа другом лазер 1 коллиматор 2 светоделитель 3 и зеркальную призму 4; ко2 ной непрямолинейностью движения меры при ее угловых переносах. Для этого меру одновременно с первым пучком когерентного излучения освещают вторым лучком, направленным к первому под углом, равным удвоенному углу дифракции выделяемых порядков, складывают выделенные однопорядковые максимумы по амплитуде и путем счета интерференционных полос:lри смещении меры измеряют перемещение объекта, Формирование второго пучка осуществляют светоделителем, установленным между коллиматором и зеркальной призмой, а регистрацию картины полос — третьим фотоприемником, оптически связанным с мерой. 2 с, п, ф-лы, 1 ил. торая оптически связана с мерой 5, По одну сторону мерь1 5 вместе с элементами, обеспечивающими освешение меры, установлен светоделчтельный кубик 6, оптически связанныи с мерой 5 и зеркальной призмой 4 и первым и вторым фотоприемниками 7 и 8, установленными за ней.

1518666

30 равен удвоенному углу выделяемого порядка дифракции> Например, если необходимо вьщелнть дифрагированные пучки первого порядка, т,е, ц = 4,, то угол между осВещающими пучками

I(-а,+(>. )1=2 g,. Далее выделяют однопорядковые дифракционные максимумы S и S с образованием первой системы интерференционных полос, à 1О также порядки с тем же номером, но противоположные по знаку S, и S > которые после оборачивания волнового фронта на 180 складывают по амплитуде на соседнем участке меры с обра- !5 зованием второй системы интерференционных полос, Известно, что цена интерференционной полосы для однорастровой схемы находится иэ выражения — ь(/т, 20 где ((— шаг решетки;! (р-,!) 1, р, q — порядки дифр акции.

Например, если пучки падают на решетку под углом Ы = (, > то а(Ы

Е,=

I 1-, -1)! 2

Вторая система интерференционных полос образуется пучками тех же порядков, но угол падения их на решетку будет в два раза больше, чем в схеме прототипа, что соответствует второму порядку дифракции. Поэтому

0(35

Е=

2 I(2-(-2)! 8

Дополнительный коэффициент 2 в знаменателе появляется за счет сложения на втором участке тех же пучков, которые разделились на первом участ- 40 ке, а следовательно, получают удвоенное приращение фазы оптических сигналов при смещении решетки.

Далее обе сформированные системы

45 интерференционных полос считывают с получением импульсов фототока, по числу ко горь(х определяют величину перемещения дифракционной решетки. Причем по первой интерференционной картине ведут грубый" отсчет с ценой импуль- 50 са Е,= (/2, а по второй — "точный"> с ценой импульса = ы /8, По сравнению с прототипом, где

Е„=(. /4, предлагаемый способ имеет в

2 раза большую точность при прочих ( равных условиях и инвариантен угловым перекосам меpí„

Особенность способа состоит в том что в общем случае углы падения начальных пучков на решетку могут быть не равны друг другу, т,е. 1- (1 ф

j+Q, а равны ((своему(выделяемому порядку дифракции, Следовательно, меняя углы падения начальных пучков и S и устанавливая их в заданной комбинации, можно легко переналаживать схему и добиваться нужной цены интерференционной полосы.

Устройство работаеч следующим образом.

Монохроматический пучок от лазера 1 формируется коллиматором 2 и падает на светоделитель 3. Прошедший светоделитель 3 луч к направляется зеркальной призмой 4 иа меру (дифракционную решетку) 5, а отраженный не" посредственно от светоделителя пучок направляется на тот же участок меры 5. Результатом взаимодействия пвух пучков S и .Sz при выполнении условия l(-d,+ g )!=2 q является возникновение гервой интерференционной кар( тины 8, S с ценой полосы с,= и /m которая считывается фотоприемником 13, Вторая пара однопорядковых максиму(( мов Б и Б „> пройдя фазовые пластинки 9 и 10, отразившись соответственно от отражателей 11 и 12 и получив при этом разворот волнового фронта на о

180, падает на соседний участок ме (ll ры 5. Угол между пучками Я, и 8, составляет 4LP .,Результатом их вза- имодействия с мерой является возникновение второй интерференционной картины S„ S с ценой полосы F.=û/4ш которая посредством зеркальной призмы 4 и светоделительного кубика 6 направляется на считывающие фотоприемники 7 и 8.

При движении меры 5 интерференционные полосы в обеих картинах перемещаются, регистрируются фотоприемниками и по их числу определяют величину смещения меры и связанного с ней объекта, Период интерференционных полос стабилен, непрямолинейность движения объекта и меры не вносит ошибки в измерения при углах перекоса 1с>Ы, формула и э о б р е т е н и я

1. Способ измерения перемещения объекта, заключающийся в том, что закрепляют меру на объекте, освеща1518666

Составитель В.Бахтин

Редактор И.Касарда Техред Л.Сердюкова Корректор 3,Лончакова

Заказ 6596/45 Тираж 683

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-иэдательскии комбинат "Патент". г.Ужгород, ул. Гагарина,101 ют ее коллимированным пучком света, выделяют однопорядковые дифракционные максимумы, одновременна складывают их по амплитуде на соседнем участке и оборачивают волновой фронт на о

180, регистрируют интерференционные полосы, считывают их при движении меры и по числу полос определяют величину перемещения, о т л и ч а ю— ш и и с я тем, что, с целью повып ения точности измерения, одновременно с освещением меры основным пучком освещают ее дополнительным пучком, направленным к основному под углом, равным удвоенному углу дифракции выделенных порядков, 2. Устройство для измерения перемещения объекта, содержащее источник когерентного излучения, расположенные по ходу излучения коллиматор,зеркальную призму, меру, предназначенную для крепления на объекте, расположенные по направлению однопорядковых дифракционных максимумов первую фазо19 вую пластинку и первый отражатель, и вторую фазовую пластинку и второй отражатель, и расположенные в выходном пу:ке первый и второй фотоприемники, отличающееся тем, что, 15 с целью повьпчения точности измерения, оно снабжено светоделителем, размещенным между коллиматором и зеркальной призмой, и третьим фотоприемником, оптически связанным с мерой.