Интерференционное устройство для измерения линейных перемещений объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при точных измерениях линейных перемещений объектов. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет изменения фазы опорного луча интерферометра в зависимости от длины волны излучения лазера. Луч лазера 1 разделяется светоделителем 2 на опорный и измерительный потоки, которые, отражаясь от отражателей 4, 5, рекомбинируют в светоделителе 2 и фиксируются фотоприемником 7. Часть излучения лазера 1 направляется в оптический блок 16 каскадного интерферометра, в котором по последовательному изменению максимума сигнала на фотоприемниках 8, 9, 10, 11, поступающего в анализатор 17, судят об изменении длины волны излучения лазера 1. Изменением напряжения, подаваемого на пьезопривод 6, добиваются перемещения отражателя 4, что меняет фазу опорного луча и уменьшает погрешность измерений. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕ ННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (3ь 4

О

Ь

О

О (21) 4718460/28 (22) 11.07.89 (46) 15.08.91. Бюл. М 30 (72) В, В. Барановский, Ю. К. Бондарчук и В. В. Гомов (53) 537.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1275205, кл. G О1 В 21/00, 1986. (54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ YCTPOACTBO.ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при точных измерениях линейных перемещений обьектов. Цель изобретения — повышение точности измерений за счет изменения фазы опорного луча интерферометра в зависи„„Я „„1670409 А1 мости от длины волны излучения лазера, Луч лазера 1 разделяется светоделителем 2 на опорный и измерительный потоки, которые, отражаясь от отражателей 4 и 5, рекомбинируют в светоделителе 2 и фиксируются фотоприемником 7. Часть излучения лазера

1 направляется в оптический блок 16 каскадного интерферометра, в котором по последовательному изменению максимума сигнала на фотоприемниках 8-11, поступающего в анализатор 17, судят об изменении длины волны излучения лазера 1.

Изменением напряжения, подаваемого на пьеэопривод 6. добиваются перемещения отражателя 4, что меняет фазу опорного луча и уменьшает погрешность измерений.

4 ил.

1670109

Изабрете«ие относится к измеритель«1.:1 таxIIL>KQ и мажет быть использовано при точных измер 11иях линейных перемещений обьакгав.

Цель изобретения — повышение точности измерений за счет изменения фазы

onop«010 луча интерфер)метра в зависимости ат дои «ь1 вал н ы излучения лазера.

На фиг, 1 изображена структурная схе1лэ предлагаемого устройства: на фиг. 2— струк1урнэя схема анализатора изменения длины волны лазера; на фиг. 3 — структурная схема фар11«равателя; на фиг, 4 — вре!ëoíные диэгрэ>лмы, поясня1ащие работу устройс. v.a.

И«тарференционнае устройстза для иэмере11ия линей11ых перемещений обьекта содержит I! >эар 1, светоделитель 2, к, б-np« IMv,3, ooфера11гный уголковый ат1„>кэ>аль >1, измерительный уголковый от1)э .этел1, 5, пьа".01:pèoîä 6, фотоприемники

7- :1, сэагада>111гаг1ь 12, зеркала 13-15, оп1111аский блок 16 каскадного интерфераметП;, а1ьэлиэа I op 17 изменения длины волны ллэерэ, формирователь 18. Причем луч лазера 1 расщепляется светаделителем 2 на д1)э патака э и в. Поток а направлен на куб-11риз1лу, гда, расщепляясь и рек01лби«и1>уя, насе1 и11фармацию о перемещении

0-рэжэ1елч 5, которая фиксируется фотоnpnci никам 7, Поток в расщепляется светодалителам 12 нэ двэ пучка, направляемых в оптический б>ла1 16 каскадного интерферометрэ, прича>л зеркалами 13-15 создается постоя«11эя аэзнас) ь длин оптических пу1ей, валичи11э к0101)ovl обеспечивает измеI!el!.1с разности t>oa пучков на входе в оптический блок 16 каскадного интерфероме ра нэ 360", при изменении длины волны лазерного излучения нэ рэсчетну10 величи11у Ail.. На cûxîäå оптического блока 16 .",:1скэднаг1) интерфараметра обраэу101ся ,цье пэрь1 па)Окав, максимумы ин генсивности ко10рых cDpèíó) ы относительно друг дру э о парах нэ Л)./2. э между пара1ли нэ

Л (74. Потоки ф1,ксиру1атся фотоприемниками 8-11, I.I!.ODI-! которых соединены соответственно с I-IV входами анализатора

17, выход которого через формирователь 18

СОЕДИI!Е!I С 111 ЕЗОПРИВОДОМ.

/ 11элизэ1ар 17 (фиг, 2) состоит иэ RSтриггеров 1!1 -22. схемы 4 ИЛИ 23, регистра

2 1, схемы 25 сравнения, инвертара 26, схемы 2 И 27, реверсивного счетчика,28, схем

291130 эде1. . Причем первый вход анализатора 17 соединен с Р-входом триггера

1I9, 5-1)x .дам риг1 рз 22 и первым входом схемы 2 вгь11);>и взад анализатора 17 соединен с R . ад01л та«1гера 20, S.âõîäàì

55 триггера 19 и вторым входом схемы 23, тр, тий вход анализатора 17 соединен с К-вха дам триггера 21, S-входом триггера 20 и третьим входом схемы 23, четвертый вход анализатора 17 соединен с R-входом триггера 22, S-входом триггера 21 и четвертым входом схемы 23. Прямой выход триггера

19 соединен с входом 01 регистра 24 и входом B 1 схемы 25 сравнения. Прямой выход триггера 20 соединен с входом D2 регистра 24 и входом В 2 схемы 25 сравнения, Прямой выход триггера 21 соединен с входом D3 регистра 24 и входом В

3 схемы 25 сравнения. Прямой выход триггера 22 соединен с входом D4 регистра 24 и входом В4 схемы 25 сравнения.

Выходы С11-С14 регистра 24 подключены соответственно к входам А1-А4 схемы 25 сравнения, Выход А>В схемы 25 сравнения соединен с входом для счета на уменьшение реверсивного счетчика 28. Выход

А<В схемы 25 сравнения соединен с входам для счета нэ увеличение реверсивного счетчика 28. Выход А=В схемы 25 сравнения соединен через инвертор 26 с первым входом схемы 27, выход которой подключен к тактовому входу реверсивного счетчика 28.

Выход схемы 23 через схему 29 задержки соединен с вторым входом схемы 27 и через схему 30 задержки с тактовым входом регистра 24, Формирователь 18 (фиг. 3) содержит соединенныее последовательно цифроаналоговый преобразователь 31 и усилитель 32.

Интерференционное устройство работает следующим образом.

Луч света от лазера 1 расщепляется светоделителем 2 на потоки а и в. Поток а направлен в интерферометр и делится куб-призмой 3 на два луча. Опорный луч падает на референтный отражатель 4, измерительный — на уголковый отражатель 5, закрепленный нэ перемещающемся объекте (не показан). В точку рекомбинации опорный луч приходит с фазой, зависящей от положения референтного отражателя 4 и являющейся при определенном положении референтного отражателя 4 постоянной при неизменной длине волны излучения лазера 1. Фаза измерительного луча в точке рекомбинации при неизменной длине волны лазерного излучения является функцией, зависящей от положения отражателя 5. В результате рекомбинации опорного и измерительного лучей образуется поток, падающий на фотоприемник 7, интенсивность которо10 зависит 01 положения отражателя 5, Количество зафиксированных фотоприемником 7 интерференционных

1670409

55 полос является информацией о перемещении отражателя 5, При изменении длины волны излучения лазера 1 фазэ опсрного и измерительного лучсй в точке рекомбинации на полупрозрачной грани куб-призмы 3 меняется, но меняется на разную величину из-за разности путей, проходимых лучами, вследствие чего интенсивность потока после их рекомбинации зависит дополнительно от величины изменения длины волны лазерного

> излучения ЛЯ. Однако при изменении длины волны лазерного иэт,учения происходит изл1енение освещенности фотоприемников

8-11, которая являешься функцией только изменения длины волны лазерного излучения. При изменении длины волны лазерного излучения на величину ЛЛ Màксимул1 освещенности поочередно появляется на каждом из фотоприемников 8-11.

Появление максимума на каждом из фотоприемников фиксируется анализатором 17.

При этом появление каждого последующего л1аксимул1а является информацией об изменении длины волны лазерного излучения на величину Л 1. /4. Очередность появления л1эксимумов в виде импульсов с фотоприемников, являющаяся информацией о направлении изменения длины волны излучения лазера 1. преобразуется анализатором 17 в код.

Анализатор 17 (фиг, 2) работает следующим образом.

RS-триггеры 19-22 фиксируют появление импульсов по входам I-IV анализатора

17, причем каждый из импульсов, поступающих на входы анализатора 17, является синхронизирующим для работы всего анализатора 17, формируемого схемой 23 обьединения 4 ИЛИ, схемал1и 29 и 30 задержки. В регистр 24 записано предыдущее состояние триггеров 19-22. С приходом очередного импул-,са схемы 25 сравнивает новое состояние триггеров 19 — 22 и предыдущее хранящееся в регистре 24. Если состояния одинаковые, то на счетчик 28 тактовый ил пульс через схему 27 не проходит, так как на выходе схемы 25 А=В

"Лог. 1", инвертируемэя схе;1ой 25, устанавливает "Лог, 0" >:а входе схемы 27 и состояние реверсивного счетчика 28 не изменяется. В других случаях с инвертора 26 поступает "Лог. 1 и тактовый импульс записывает (Bblчитаат) "Лог. 1 в зависимости от того, больше В>А (или меньше В<А) новое состояние триггеров в сравнении с предыдущим хра»ящ>" мся в регистре 24, Реверсивн ый счетчик 28 изменяет свое состояние и ци 1,роа»:.ло>ов> и преобразователь 31 преобразует цифровой код счетчика

28 в напряжение, которое через усилитель

32 подается на пьезопривод 6. Время задержки т> (фиг, 4) рассчитывают из условия окончания переходных процессов в схемах

19- 22, 25 и 26. В ремя задержки г выбирают из условия окончания переходных процессов в реверсивнол1 счетчике, В зависимости or подаваемого на пьезопривод 6 напряжения изменяется положение референтного отражателя 4.

Таким образом, при изменении длины волны излучения лазера на вели >пну ЛЯ /4 происходит уменьшение или увеличение (в зависимости от направления изменения длины волны лазерного излучения) подаваемого на пьезопривод 6 напряжения U, вследствие референтный отражатель 4 приближается или удаляетгя от куб-призмы 3.

При этом происходит изменение фазы опорного луча в точке рекомбинации. Параметры элементов схемы рассчитаны так, что различие изменения фаз опорного и измерительного лучей в точке рекомбинации оказывается много меньшим, чем при неподвижном референтном отражателе. Таким образом, неучитываел",oe изменение

> длины волны излучателя лазара 1 ЛЯ не превышает величины ЛЯ /4.

Формула изобретения

Интерференционное устроиство для измерения линейных перемещений обьекта, содержащее оптически связанные лазер и светоделитель, разделяющий излучение лазера на опорный и измерительный потоки, два трехгранных уголков»>х отражателя, референтный и измерительный, фотоприемник, светоделитель выполнен в виде кубапризмы, а измерительный отражатель установлен с воэможностью перемещения в направлении, перпемдикулярнол излучению лазера, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, устройство снабжено пьазоприводом, вторым светоделителем, оптическим блоком каскадного интерферометра, вторым, третьим, четвертым и пятым фотоприемниками, анализатором изменения длины волны излучения лазера, формирователе>1, второй светоделитель установлен по ходу излучения л1ежду лазером и первь>м светоделителем и делит излучение на два потока с постоянной разность>о хода, направляемые в оптический блок каскадного интерферометра, у четырех выходов которого установлены соответстваHHU второй, третий, четвертый и пятый фотоприемники, выходы которых соединены с первь»и, вторым, 1 Г) 70409

V2. третьим и четвертым входами анализатора изменения длины волны излучения лазера соответственно, выход анализатора соединен через формирователь с пьезоприводом, связывающим первый светоделитель с референтным отражателем, !

670409

Сх.8

Сх9

Сх 77

Сх 10

Сх8

Сх9

Сх 11

Сх 10

Сх 19

Сх 20

Сх 21

Сх 22

Сх 23

Сх28 дхо

Составитель В. Шабанова

Редактор В. Фельдман Техред М.Моргентал Корректор О. Кундрик

Заказ 2738 Тираж 366 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

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