Лазерный интерферометр для измерения линейных перемещений объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения с высокой точностью линейных перемещений. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерения. Интерферометр содержит источник двухчэстотного.излучения, оптически связанный с поляризационным и неполяризационным светоделительными кубиками, двумя отражателями и двумя фотоприемными устройствами, связанными с электронно-вычислительным блоком. В качестве источника излучения используется двухмодовый лазер, а каждое фотоприемное устройство состоит из фазовой А /4 пластинки, поляризатора и фотодиода, работающего на частоте межмодовых биений. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 В 9/02, 11/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ иг .. ;

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ИОТ = ;, 0

1 (21) 4911410/28 (22) 15.02.91 (46) 07.02,93. Бюл. М 5 (71) Московский станкоинструментальный институт (72) Е.П.Михальченко, А.В.Рюмин и

Н.А.Яковлев (56) Патент США М 3458259, кл. 356-106, 1969, (54) ЛАЗЕРНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения с высокой точностью линейных

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к лазерной интерферометрии, и может быть использовано для измерений с высокой точностью линейных перемещений объектов.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является лазерный интерферометр, содержащий источник двухчастотного излучения, оптически связанные с ним неполяризационный и поляризационный светоделительные кубики, два отражателя опорного и измерительного плеч интерферометра и два фотоприемных устройства, связанные электрически с электронно-вычислительным блоком.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия лазерного интерферометра.

Указанная цель достигается тем, что источник двухчастотного излучения выполнен в виде двухмодового частотно-стабилизировнного лазера, а каждое фотоприемное устройство состоит из фазовой пластинки

А/4, поляризатора и фотодиода.

„.,5U„„1793204 А1 перемещений. Цель изобретения — повышение точности и быстродействия измерения.

Интерферометр содержит источник двухчастотного излучения, оптически связанный с поляризационным и неполяризационным светоделительными кубиками, двумя отражателями и двумя фотоприемными устройствами, связанными с электронно-вычислительным блоком. В качестве источника излучения используется двухмодовый лазер, а каждое фотоприемное устройство состоит из фазовой А /4 пластинки, поляризатора и фотодиода, работающего на частоте межмодовых биений, 1 ил.

На чертеже изображен предлагаемый интерферометр.

Устройство содержит источник 1 монохроматического излучения, работающий в режиме генерации двух продольных мод, оптически связанные с ним поляризационный 2 и поляризационный 3 светоделительные кубики, отражатели 4 и 5 опорного и. измерительного плеч интерферометра и два фотоприемных устройства 6 и 7. Каждое фотоприемное устройство состоит из четвертьволновой фазосдвигающей пластинки 10, поляризатора 11 и фотодиодов 12, работающих на частоте межмодовых биений. Выходы фотоприемных устройств соединены с электронным блоком 8 и блоком 9 цифровой индикации.

Излучение источника монохроматического излучения представляет собой две моды излучения с ортогональными линейными поляризациями и отличающиеся по частоте на 640 Мгц. После отражения от светоделительной грани кубика 2 обе поляризации поступают на фотоприемное устройство 6.

1793204

Фазовая Л/4 пластинка 10 ориентирована так, что главная ось ее составляет углы в 45 к поляризациям компонент лазерного излучения. На выходе фазовой пластинки образуются две ортогональные круговые поляризации с той же разностью частот, Поляризатор 11 пропускает на фотоприемник

12 линейно поляризованные разночастотные излучения. В результате оптического гетеродинирования на выходе фотоприемника появляется электрический сигнал на частоте межмодовых биений 4 - 640 МГц

Up - Up sIA 2xfpt; ., (1) где 14 - амплитуда сигнала.

Прошедшее через кубик 2 излучение лазера попадает на поляризационный кубик 3 интерферометра Майкельсона, на котором оно делится по поляризациям. Отразившись от измерительного и опорного отражателей интерферометра лучи с разными поляризациями-совмещаются на том же кубике и поступают на фотоприемное устройство 7, на выходе которого возникает электрический сигнал на частоте fo,àíàëîгичный (1), Работает устройство следующим образом.

При перемещении измерительного отражателя 5, .закрепленного на подвижной части машины, относительно опорного отФормула изобретения

Яазерный интерферометр для измерения линейных перемещений объекта, содержащий источник двухчастотного излучения, оптически связанные с ним неполяризационный и поляризационный светоделительные кубики, два отражателя опорного и измерительного плеч интерферометра и два фотоприемных устройства, связанные элекражателя 4 с кубиком 3 частота электриче-. ского сигнала на фотоприемнике 7 изменяется на величину допплеровского сдвига

5 Л д (1) =, (2)

2Ч t где v(t) — скорость движения объекта;

Л- длина волны. света;

t — время.

При перемещении отражателя 5 в на10 правлении к кубику 3 частота сигнала на . фотоприемнике 7 увеличивается, а при перемещении в обратном направлении —. . уменьшается на величину {2). Сигналы с фотоприемных устройств 6 и 7 подаются в

15 электронный блок 8, где они усиливаются, преобразуются по частоте и поступают в блок 9 цифровой индикации. В последнем происходит измерение фазового сдвига сигналов фотоприемников 6 и 7, равного

h, р = ) 2 ж Лмд (t) d t =

-- — ); V(t)dt=2kX, (3)

25 где Х вЂ” перемещение отражателя 5;

k — оптическое волновое число, k - 2 к/Л

- Блок цифровой индикации 9 представляет значение перемещения Х в цифровом виде с дискретностью Л/8 или Л /64. трически с электронно-вычислительным блоком, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерения, источник двухчастотного излучения выполнен в виде двухмодового частотно-стабилйзированного лазера, а каждое фотоприемное устройство состоит из фазовой пластинки Л /4, поляризатора и фотодиода.

1793204

Составитель Н.Яковлев

Техред М,Моргентал Корректор Н.Слободяник

Редактор

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

Заказ 493 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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