Устройство для измерения перемещения объекта

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений по интерференционно-муаровым полосам. Целью изобретения является повышение точности и чувствительности измерений за счет уменьшения цены интерференционной полосы. Для этого устройство снабжено двумя парами призм, расположенных так, что дифрагированные пучки после отражения от них распространяются вдоль направления смещения меры, а отражатели выполнены с возможностью перемещения и жестко закреплены на концах меры. Такое расположение элементов обеспечивает получение интерференционно-муаровых полос с регулируемой ценой полосы. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ1ЕСН ИХ

РЕСПУБЛИК бр 4 G Ol В 11/02 9/02

ВСЕСО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ПАТЕ!1ТЮ

E, Б! !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И MHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

j(21) 4395474/24-. 28 (22) 22.03.88 (46) 30.10.89. Бюл. В 40 (71) Институт электроники АИ БССР (72) В,Н,Ильин (53) 531.715(088,8) (56) Патент ФРГ й- 3316144 кл. G 01 В 11/02, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕ

ИКАНИЯ О БЬЕ КТА (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений по интерференцион-, Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам первичных преобразователей на дифракционных решетках в качестве мер, использующих муаровые или интерференционные полосы,для отсчета линейных перемещений.

Цель изобретения — повышение точности и чувствительности измерения величины перемещения объекта за счет уменьшения цены интерференционной полосы оптическими средствами.

На чертеже представлена схема устройства для измерения перемещения объекта, устройство содержит меру 1, предназначенную для связи с объектом, установленные по одну сторону меры

1 последовательно и связанные оптической снязью с мерой 1 лазер 2, коллиматор 3, зеркальную призму 4, светоделительный кубик 5 и два фотопри„„SU„„1518667 А 1

2 но-муаровым полосам, Целью изобретения является повьш ение точности и. чувствительности измерения sa счет уменьшения цены ичтерференционной полосы. Для этого устройство снабжено двумя парами призм, расположенных так, что дифрагированные пучки после отражения от иих распространяются вдоль направления смещения меры, а отражатели выполнены с возможностью перемещения и жес;ко закреплены на концах меры. Такое расположение элементов обеспечивает получение интерференционно-муаровых полос с регулируемой ценой полосы. 1 ил. емника 6 и 7, размещенные по другую сторону меры 1 оптически связанные элементы: в первом плече — пара призм

8 и 9 перед фазовой пластиной 10 и отражателем ll жестко связанным с мерой 1 и установленным на ее краю; во втором плече — другая пара призм

12 и 13 перед последовательно размещенными второй фаэовой пластиной

14 и отражателем 15, также жестко связанным с мерой и установленным на другом ее конце, Устройство работает .следующим образом, Мера 1 освещается монохроматическим пучком от лазера 2, сформированного коллиматором 3 и отраженного от грани зеркальной призмь: 4, Пучок

L дифрагирует с образованием максиму-. мов р-го и q-го порядков дифракпии и L формирующих соответственно первую и вторую ветви ус òðîéñòíë.

1518667

В первой ветви пучок L< последовательно проходит призму 8, фаэовую пластину 10, отражатель 11, причем после призмы 8 пучок распространяется параллельна направлению рабочего смещения меры. Далее пучок Ь воз1 вращав ся отражателем 11 в обратном направлении, проходит фаэовую пластину 10, призму 9,и освещает меру на соседнем участке.

Во ; торой ветви пучок Ь, пройдя последовательно призму 12, фазовую пластину 14, отражатель 15, вновь фазовую пластину 14, призму 13, также освещает меру на том же участке, что и пучок

При движении меры 1 нормально своим штрихОм движутся также и отражатели 11 и 15. Причем, если в одной ветви оптическая длина хода луча, например Е,, увеличивается íà d L, то в другой Ь2 уменьшается на такую же величину ВЬ „ но с обратным знаком, Суммарное приращение разности хода пучков 1., и L в точке сложения равно д х=iП,-(-аЬ )=2йЬ -2gL, Суммарный пучс к отразившись от грани зеркальной призмы 4, падает на светоделительный кубик 5 и далее на фотоприемники 6 и 7. Цена F < интерференционно-муаровой полосы рассчитывается по формуле 1 2 з

Е„(E -F g)+ Е2Е

1О

35 где $,= ю /2111 — цена интерферен . ионной полосы при смещении только одной решетки;

Е2 = =2(/2 — цена интерференцион-, ной полосы при смещении только одного из отражателей при неподвижном втором и неподвижной мере; 45

ы — шаг меры; ш=(q-р), р=- tg +2

q- 1„ 2,... — порядки выделяемых максимумов дифракции.

В общем случае углы падения пучков

L, и L z на меру- могут быть отличны друг от друга и от начальных углов дифракции, под которыми они дифрагируют на первом участке меры 1, На- 55 пример, пучок Lg падает под углом, равным углу дифракции нто,, его пор 1дка, T,е, q 2, а пучок L< - под углом, равным углу дифракции третьего порядка, т,е. р=-3 (знаки учитывают различные направления падения пучков на меру), Тогда при их взаимодействии с мерой на втором участке образуется повторная дифракция, а выделенные порядки L,L интерферируют друг с другом, При этом цена интерференционной полосы находится из выражения (d ()

Е=- — — — — ----—

2 I P-с1! 10 г.е. на порядок м ньше, чем шаг iu меры.

Следовательно, меняя углы падения пучков L, и L < и устанавливая их в заданной комбинации, можно легко переналаживать схему и добиваться нужной цены интерференционно-муаровой полосы, формулаизобретения

Устройство для измерения перемещения объ кта, содержащее источник когерентного излучения, расположенные по ходу изл учения коллиматор, зеркальную призму, меру, предназначаемую для крепления на объекте, расположенные за мерой по направлению однопорядковых дифракционных максимумов первую фазовую пла..гинку и первый

Отражатель и вторун. фаэовую пластинку и второй отражатель, расположенный в выходном пучке делительный кубик и расположенные в каждом из разделенных пучков первый и второй фотоприемники, о т л и ч а ю щ е е с я .тем, что, с целью повышения точности и чувствительности измерения, оно снаб-. жено четырьмя приэнами, установленными попарно в направлении однопорядковых дифракционных максимумов между мерой и фазовыми пластинками и оптически с ними связанными и ориентированными так, что угол отклонения призм составляет величину (90 — Ы ), где o(— угол распространения выделяемых дифракционных максимумов, а отражатели выполнены с воэможностью перемещения, установлены на концах меры и жестко с ней связаны.

Составитель В.Бахтин

Редактор И,Касарда Техред Л. Сердюкова Корректор М.Максимишинец

Заказ 6596!45 Тираж 683

Подписное

ВНИИПЧ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарин», 101