Способ измерения изменения фазового сдвига световых волн

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, Цель изобретения - расширение диапазона измерений за счет ограничения изменения частоты электрического сигнала в зависимости от фазового сдвига. Способ заключается в фотосмешении порядков опорного и измерительного пучков, прошедших через акустооптический модулятор, преобразовании оптического сигнала в электрический сигнал, изменении частоты возбуждения акустооптического модулятора в зависимости от частоты электрического сигнала и определении моментов резкого изменения частоты электрического сигнала. 1 ил,

ф,. „ 4

М Ф

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4729059/28 (22) 08.08.89 (46) 23.11.91. Бюл. hh 43 (71) Московский станкоинструментальный институт (72) В,И.Телешевский, Д.В.Белецкий, С,А.Игнатов, А.К.Конысбеков, В.П.Сенников и Н.В.Степаненко . (53) 531,7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1388721, кл. 6 01 В И/00, 1987. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ

ФАЗОВОГО СДВИГА СВЕТОВЫХ ВОЛН

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для контроля перемещений.

Цель изобретения — расширение диапазона измерений за счет ограничения изменения частоты электрического сигнала в зависимости от фазового сдвига.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ.

Устройство состоит из оптически связанных лазера 1, интерферометра Майкельсона,. выполненного из. светоделителя 2, оптически связанных светоделителем 2 измерительного отражателя 3 и опорного отражателя 4, и двойного оптического клина

5, расположенного между отражателем 3 и светоделителем 2, оптически связанных с светоделителем 2 линзы 6, акустооптического модулятора 7 с излучателем 8 ультразвуковых волн, диафрагмы 9, оптического блока

10 и фотоприемника 11, коммутатора 12, включенного между выходом фотоприемни„„„Ы„„1693382 А1 (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, Цель изобретения— расширение диапазона измерений за счет ограничения изменения частоты электрического сигнала в зависимости от фазового сдвига. Способ заключается в фотосмешении порядков опорного и измерительного пучков, прошедших через акустооптический модулятор, преобразовании оптического сигнала в электрический сигнал, изменении частоты возбуждения акустооптического модулятора в зависимости от частоты электрического сигнала и определении моментов резкого изменения частоты электрического сигнала. 1 ил. ка 11 и входом излучателя 8, генератора 13 гармонических колебаний, выход которого подключен к второму входу коммутатора 12, и частотного детектора 14, вход которого подключен к выходу фотоприемника 11.

Способ осуществляют следующим образом, Излучение лазера 1, направляемое на светоделитель 2, делится на измерительный и опорный световые пучки. Отраженные от отражателей 3 и 4 световые потоки Еи и Еоп пространственно совмещаются на светоделителе 2 под углом дифракции а, задаваемым двойным оптическим клином 5, и направляются на модулятор 7, в котором посредством возбуждения генератором 13 через коммутор 12 излучателя 8 создается бегущая ультразвуковая волна (УЗВ). После дифракции световых волн Еи и Еоп на УЗВ диафрагмой 9 отфильтровывают на блок 10 пространственно совмещенные порядки дифракционного спектра: нулевой дифрак1693382

Ах= —, о

20 уз в (5) (6) =Кп psx

Л а = arcsin +

35 (2), Л Л

4Vye, 55 ционный порядок и. 3ме(7ительнОЙ световой волны Ги(о) и лквбой из пеРьых поРЯдков

ДИфРаКЦИИ ОПОРН 7й СВ..тОВОй ВОЛНЫ Еоп(3).

Блок 10 позволяет регулировать угол смещения порядков дифракционного спектра, изменяющегося под действием положительной обратной связи через коммутатор

12, обеспечивая необходимый пространственный период между резкими изменениями (срывами) частоты выходного сигнала, тем самым дает возможность варьировать разрешающую способность устройства, Пространственно совмещенные порядки дифракционного спектра после блока 10 направляются на фотоприемник 11, формирующий выходной электрический сигнал

Овых с частотой, равной разности взаимодействующих частот порядков дифракции

Еи(о) и Eop(1) Сигнал Ueeix поступает на вход частотного детектора 14, при помощи которого фиксируются срывы частоты, и по каналу положительной обратной связи через коммутатор 12 — на возбуждение излучателя

8, Генератор 13 гармонических колебаний на частоте fp и коммутатор 12 служат для органиэации положительной обратной связи. Генератор 12 обеспечивает возбуждение излучателя в моменты нарушения оптической связи в устройстве и в начальный момент работы.

Сущность способа заключается в следующем.

Световые волны Еи и Еоп после взаимодействия с УЗВ и пространственной фильтрации описыва3отся упрощенными выражениями

-- 31).3

Еи{1) = Еи(о) (.

-) (9„— гп) t

Еоп(т) = Epp(3) где Еи(о) — нулевой порядок дифракции световой волны;

Eon(1) — пеРвый поРЯДок ДифРакЦии световой волны;

1О.— оптическая частота;

f — частота УЗВ, В результате фотосмещения разноча стотных оптических компонент Еи(о) и

Eon(j) на выходе фотоприемника формируется выходной сигнал, который описывает-. ся как

Овых = Uo sin 2 _#_f t.

Учитывая, что при перемещении контролируемого обьектэ возникает доплеровский сдвиг частоты (+ Л vp) измерительной световой волны, выражение(1) для E (t) принимает вид — ) (-hvp) t

Еи(т) = Еи(о) Р, (3) а выражение (2) на основании (3) записываг, ется как

Овых = Uo sin (2 K (м + Л f))t, (4) где A f = + vp — частотный сдвиг выходного сигнала, Наличие положительной обратной связи при изменении частоты выходного сигнала приводит к изменению согласно (4) частоты УЗВ в модуляторе 7 вследствие конечной скорости распространения УЗВ Vyes, достигающей координаты взаимодействия

Уо эа время, onределяемое по формуле

Установлено, что между срывами частоты выходного сигнала существует линейная зависимость от измеряемого сдвига фаэ

25 рвх, описываемая выражением

=1 где Кп — коэффициент передачи Кп =

Лт

Угол дифракции интерферирующих световых волн определяется следующим образом

1 где A — длина УЗВ, Л = ——

Vyes

Зм

40 При изменении частоты выходного сигнала по (4) изменяются частота УЗВ, длина

УЗВ и угол дифракции а. При достижении частоты выходного сигнала определенного значения Af происходит срыв частоты

45 вследствие "ухода" опорной световой волны эа пределы устойчивого фотоприема. Блок

10 позволяет задавать пространственный период между срывами частоты выходного сигнала посредством регулирования угла

50 смещения дифракционных порядков.

Пространственный период между частотными срывами выходного сигнала а фаэовые сдвиги световой волны; соответствующей пространственному периоAY

1693382

4л1

С/Ъх = — хСоставитель М.Кузнецова

Техред M.Mîðãåíòçë Корректор М.Шароши

Редактор О,Головач

Заказ 4067 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Формула изобретения

Способ измерения изменения фазового сдвига световых волн, заключающийся в том, что направляют на акустооптический модулятор опорную и измерительную световые волны, совмещают порядки дифракции выходного спектра путем фотосмещения, преобразуют оптический сигнал в электрический в зоне фотосмещения, измеряют частоту электрического сигнала и изме,акп частоту воэбуждечия экустооптического модулятора в зависимости от частоты электрическогосигнала,отличаю щи йся гем, 5 что, с целью расширения диапазона измерений, выбирают угол между дифракционными порядками, исходя из требуемого диапазона измерений, фиксируют срыв колебаний частоты электрического сйгнала, а

10 об изменении фазового сдвига измерительной световой волны судят по количеству срывов колебаний частоты,