Измеритель перемещений
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в высокоточных измерителях перемещений, в частности, витерференционныхдилатомерах . Целью изобретения является повышение надежности работы измерителей перемещений за счет увеличения диапазона углов наклона одного из отражателей интерферометра Физо. Пучки света, отраженные от полупрозрачного отражателя и отражателя , выполненного в биде двух полуплоскостей (призма Френеля) или сферической поверхности, интерферируют и формируют интерференционную картину, которая регистрируется с помощью наблюдательного узла измерителя перемещений. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
СОЮЗ СОБЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (Я)5 G 01 В 9/02
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4803944/28 (22) 19.03.90 (46) 15.09.92. Бюл. М 34 (71) Ленинградский политехнический институт им. M.È.Êàëèíèíý (72) С,С.Попов (56) Авторское свидетельство СССР
М 1359673, кл. G 01 В 21/00, 1986. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в высокоточных измерителях перемещений, в частности, в интерференционн ых дилатомеИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в высокоточных измерителях перемещений, в частности, в интерференционных дилатомерах.
Известные интерференционные измерители перемещений на базе интерферометра Физо содержат плоские отражатели, один из которых неподвижен, а другой связан с объектом, перемещения которого измеряются, Отражатели располагают под углом и друг к другу. Наличие угла а 0 позволяет наблюдать пространственную интерференционную картину.
Недостатком таких интерференционных измерителей перемещений является лалая область значений углов а, при которых обеспечивается устойчивая работа.
Целью изобретения является повышение надехсности работы измерителей пере1лещений.
Поставленная цель достигается использованием в измерителе перемещений, содержаще л интерферомегр Физо. отражателя, ! Ц., 1762115 А1 рах, Целью изобретения является повышение надежности работы измерителей перемещений за счет увеличения диапазона углов наклона одного из отражател и интерферометра Физо. Пучки света, отраженные от полупрозрачного отражателя и отражателя, выполненного B виде двух полуплоскостей (призма Френеля) или сферической поверхности, интерферируют и формируют интерференционную картину, которая регистрируется с помощью наблюдательного узла измерителя перемещений, 2 з.п. ф-лы, 3 ил. имеющего неплоскую отражающую поверхность, например, сферическую или поверхность в виде двух полуплоскостей, В известных интерферометрах Физо, входящих в сосТВВ высокоточных измерителей г.еремещений, используются плоские отражатели; применение неплоских отра>кателей в интерферометрах Физо свидетельствуют о новизне предлагаемого устройства и более, чем вдвое расширяет область значений углов между отражателями, при которых обеспечивается устойчивая работа из;лерителя пере лещений.
На фиг.1 — 3 изображены варианты исполнения измерителей перемещений. содержащих интерферометры Физо, с различными отражающими поверхностями.
Интерферометр Физо измерителя перемещений содержит отражатель 1 и полупрозрачный отражатель-поверхность 2.
Интерферометр Физо измерителя перемещений работает следующим образом.
Параллельные лучи 3 света частично отражаются от поверхности 2, лучи 4, прохо1762115
l (x) = l„(1+cos)4 т 1(х)/Л)), (1) 20 где!в — величина, пропорциональная интенсивности источника света с длиной волны Л.
t(x) — расстояние между отражающими поверхностями в точке х по направлению 25 распространения светового пучка.
Для интерферометра с плоскими отражателями и линейной разверткой иэображения (например, с помощью линейного опто-электронного преобразователя) 30 (2) l(x) = tg а х +!о, где а — угол между плоскостью основания отражателя 1 и прямой, лежащей на пересе- 35 чении отражающей поверхности 2 и плоскости, содержащей прямую развертки иэображения и прямую. параллельную cseтовым лучам, ! — расстояние между отражающими 40 плоскостями в начале координат.
Для интерферометра с плоскими отражателями (фиг. а) )(х) =1,(1+соз(4 лtg а х/Л +4 л !о/Л), (3) Если подвижный отражатель совершает плоско-параллельное движение, то угол а сохраняется постоянным и задача определения расстояния между отражателями 1,> 50 сводится к определению фазы 4 гг !0!Л гармонического колебания (3), В высокоточных интерференционных измерителях перемещений фазу находят по наблюдениям в ряде точек Xt < X2 «... Х!ч как параметр зависи- 55 мости (3), Условием успеха таких измерений является неравенство нулю угла а. Если же а становится равным О, зависимость (3) вырождается в постоянную, и процедура onдящие через 2, отражаются от поверхности
1 и интерферируют с лучами 3, отраженными от поверхности 2. формируя интерференционную картину, локализованную у поверхности полупрозрачного отражателя 5
2, Один из отражателей 1,2 неподвижен, другой связан с объектом, перемещения которого измеряются. Отражатель 1 выполнен в виде биприэмы Френеля (фиг.2) или имеет сферическую поверхность (фиг,3). 10
При использовании интерферометров
Физо в автоматических измерителях перемещений достаточно наблюдений интерференционной картины (ИК) вдоль выбранных линий, например, прямых. Для идеального 15 интерферометра Физо с параллельным пучком света интенсивность интерференции в точке х равна: (4) 0 Если поверхность одного из отражателей интерферометра, например, отражателя 1 выбрать такой, что зависимость.l(Х) где точки X принадлежат прямой, отличается от линейной, то проблема "исчезновения" интерференционной картины при параллельности отражателя 2 плоскости основания может быть снята. Если отражатель 1 — бипризма, то при наклоне отражателя 2 на угол/> зависимость (Х) имеет вид l(X) = !в + сд(ф+ а)Х при Xc(-1.0) (X) =- 1> + tg (- 3+ а)Х и ри Хе(0,1) Для малых углов а, /3 tg а =а и (5) 1(Х) =4+(P+а )Х при Хь (- 1,0) 1(X) = !в + (-/3+ а )Х при N(0,1). В соответствии с (1) распределение интенсивности интерференционной картины на интервалах (-1,0) и (0,1) есть косинусоиды с частотами в (!/3+ al) и в+(! P+ а 1 ) соответственно, При нулевом угле наклона a = 0 в = в с увеличением угла а на интервале (-. 10) частота м возрастает, а на интервале(0,1) убывает. При a= j3 на интервале (-1,0) наблюдается удвоение частоты, э на интервале(0,1) частота в= 0 и интерференционная картина на нем "пропадает". При дальнейшем увеличении а частоты а и о> увеличиваются, на интервале (0,1) вновь наблюдается интерференционная картина. Аналогичная ситуация имеет место при а<0, ределения фазы по наблюдениям 1(Х!); 1=4,N теряет смысл, Интерференционные измерения перемещений выполняются в следящем режиме. Невозможность определить текущее значение !О при а =-0 приводит к срыву слежения и отказу измерителя перемещений. Поэтому для успешного применения фазового метода измерения перемещений должно выполняться условие a > a и л. Обычно а mi> находят из условия, что на интервале (Xt,Õì) наблюдается по крайней мере один полный период колебания (3): tg аmtn = Л /2(XN"X ) . Величина а ограничена и сверху а < < а m x. Это связано с конечной разрешающей способностью средств регистрации интерференционной картины. Итак, необходимое условие безотказной работы измерителя перемещений с интерфереметром Физо, имеющим плоские отражатели, есть: 1762115 Приведенное рассмотрение позволяет определить область допустимых разворотов подвижного отражателя, когда хотя быодин из отражателей неплоский(биопризма Френеля). 5 (a max+ß Q < Q max +P ° (6) В (6) а m x находится иэ тех же условий, что и в(4). Подобными свойствами обладает и измеритель перемещений, у которого один из 10 отражателей имеет сферическую поверхность. Формула изобретения 1. Измеритель перемещений. содержащий интерферометр Физо, о т л и ч а юшийся тем, что. с целью повышения надежности измерений, один из отражате лей выполнен с неплоской поверхностью. 2. Измеритель по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что поверхность отражателя выполнена сферической. 3. Измеритель по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что поверхность отражателя выполнена в виде двух полуплоскостей. 1762115 17б2115 Составитель M. Минин Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л. Филь Редактор Заказ 3251 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
