Устройство для измерения перемещений объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения продольных и поперечных перемещений объекта. Цель изобретения - повышение производительности. Цель достигается использованием дифрагированных на акустооптическим модуляторе 3 пучков +1 и -1 порядков, в которых поперечные смещения объекта будут иметь составляющие фазы с противоположным знаком, что позволяет путем сложения и вычитания фаз с фазометров 11, 12 определить одновременно продольные и поперечные смещения объекта без предварительной юстировки устройства. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (1 )) (5!)5 G 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (54) V

PE Е (57) ной е

О (Л

Фнг/

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4666282/28 (22) 24.03,90 (46),,15,02.93. Бюл. № 6 (71), Московский институт приборостроения (72) А,А.Титов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1559251, кл. 0 01 В 21/00, 1988. вторское свидетельство СССР

M 1 70406, кл. G 01 8 21/00, 1989.

СТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕЩЕНИЙ ОБЬЕКТА зобретение относится к измерительхнике и может быть использовано для измерения продольных и поперечных перемещений объекта. Цель изобретения — повышение производительно.сти. Цель . достигается использованием дифрагированных на акустооптическим модуляторе 3 пучков+1 и -1 порядков, в которых поперечные смещения объекта будут иметь составляющие фазы с противоположным знаком, что позволяет путем сложения и вычитания фаз с фазометров 11, 12 определить одновременно продольные и йоперечные смещения объекта без предварительной юстировки устройства. 2 ил.

1795274

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения продольных и поперечных перемещений объекта.

Известно устройство для измерения перемещений, содержащее лазер, акустооптический модулятор, плоскопараллельную пластинку, дифракционную решетку, два отражателя, фотоприемник, фазометр, генератор высокой частоты.

Недостатком устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как устройство не измеряет поперечных перемещений объекта.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения перемещений объекта; содержащее лазер, коллиматор, два акустооптических модулятора, оптическую схему, два фотоприемника, генератор высокой частоты, два фазометра, два светоделителя.

Недостатком устройства является низкая информативность, так как оно измеряет смещение только по двум координатам.

Целью изобретения является повышение информативности за счет обеспечения возможности измерения продольных перемещ ений.

На фиг.1 показана функциональная схема устройства; на фиг.2 — прохождение дифрагированных пучков на линзах 7, 8.

Устройство содержит (фиг.1) оптически последовательно соединенные лазер 1, коллиматор 2, акустооптический модулятор (АОМ) 3, триппель-призмы 4, 5 6, линзы 7, 8, фотоприемники 9, 10, выходы фотоприемников 9, 10 соединены с первыми входами фазометров 11 и 12, выходы которых соединены с входами вычислителя 13 и сумматора

14, выходы которых являются первой и второй выходными шинами, первый и второй входы акустооптического модулятора соединены соответственно с выходами ключей

15 и 16, входы которых объединены и соединены с выходом модулятора 17, другие входы ключей 15 и 16 являются первой и второй входными шинами, первый вход модулятора

17 соединен со вторыми входами фазометров

11 и 12 и выходом генератора 18 низкой частоты, второй вход модулятора 17 соединен с выходом генератора 19 высокой частоты.

Акустооптический модулятор 3 может быть выполнен в виде кубического кристалла, на взаимо перпендикулярные грани которого нанесены пьезопреобраэователи, к которым подсоединены входы модулятора, в результате чего дифракция света идет по двум координатам, вершины триппельприэм 4, 6 ориентированы вдоль оси, а триппель-призма 5 — вдоль оси Х. В результате

55 при смещении объекта по Х призмы сдвигают луч параллельно по оси Х, а при смещении объекта по У вЂ” сдвигают луч по оси Y.

Рассмотрим работу устройства при подаче сигнала только на один вход АОМ 3 (например, на первый вход; когда дифракция.идет по координате X), так как при подаче сигнала на другой вход работа будет осуществляться аналогично. На вход

АОМ 3 подается амплитудно-модулированный сигнал

U " (1+mCOS Wj9t)COSWat— со$(юв + wjj)t +

2

+ со$2 (иъ wjj)t + со$ wat

ГДЕ Wa И Wee — ВЫСОКаЯ И НИЗКаЯ ЧаСтатЫ;

m — коэффициент модуляции.

Рассмотрим дифрагированные пучки+1 и -1 порядков. Углы дифракции света для каждого из указанных порядков будут равны:

O =; 9 +А =.— +— 1в, «3fâ 4 эв . Vaa jjaa где Vaa — скорость звука в АОМ;

А- длина волны света.

Положим, что частота fH выбрана таким образом, что дифрагираванные пучки в каждом из порядков интерферируют между собой. Дифрагированный пучок +1 порядка через линзу 8 поступает на фотоприемник 8, а дифрагированный пучок -1 порядка через линзу 7 поступает на фотоприемник 9. Иэ фиг.2 видно, что смещенйе пучков на линзах

7, 8 будут иметь противоположный знак.

Тогда при неглубокой фазовой модуляции, которую осуществляет AOM 3, можно получить следующие выражения для переменной составляющей сигналов на выходах фотоприемников 10 и 9;

И 2р(2рС

u„= 5 I ((рппр (а,t.К спп а,Ьппп прп(Ч2 -ДФЕ

1т1 е" P ({®ь в ®(1<+ j(<5 (9j, e Bq) + kj(sin (8u (eп-вп) пп пп (вп-ejjI

"е Рр ь х dx I dg =cos(w„g-q,) {у

В!2рс ч f! t и"p (-uiuz кпсппвп-кп пав )п

-<(2 э, .а

1795274

»»»»»р ((»»»»»»»»»)t»Kz»o5(e»»e»)

-kx sin(B +e»)1»ee»p»(-(®„-w»)t+

»Kzca5 (e„-e„)-кх 5»» (e i »e»))$» хехр 27(x Jx ) d$ cob(w„t-Ч ), 10

Ар14 = 0+1+ср-1 =2ЛС1 К 9)) (5) 25

Ф о р: м у л а и э о б.р е т е н и я ных перемещений, оно снабжено модулятоУстройство для измерения перемеще- ром, генератором низкой частоты, сумматоний объекта, содержащее оптически связан- 30. ром, вычитателем и двумя ключами, входы ные лазер, коллиматор, акустооптический которых соединены с выходом модулятора, модулятор, отражатель, предназначенный первый и второй входы которого соединены для механической связи с контролйруемым соответственно с выходами генераторов

) . объектом; две линзы, два фотоприемника, низкой и высокой частот, выход генератора два фазометра, первые входы которых под- 35 низкой частоты соединен со вторыми входаключены к выходам соответствующих фото- ми фазометров, первый и второй входы сумприемников, генератор высокой частоты, матора и вычитателя подключены к выходам о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью фаэометров, акустооптический модулятор повашения информативности путем обес- выполнен двухвходовым, его входы подклюпече1 ия возможности измерения продоль- 40. чены к выходам соответствующих ключей; .

0-ларяйж

Составитель В.Кушнеров

Техред M.Mîðãåíòàë Корректбр Н.Слободяник

Редактор

Заказ 422 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 где +> = KC> О í KZ О в О н ф -1 = КС2 О н + KZ О в О н

К - - - —.волновое число, 2х

С - Со+.b,С. Сг- Со — bC;

ЬС- смещение объекта по координате Х, 1 — ширина щели фотоприемника, Ь вЂ” диаметр пучка на линзах 7, 8, М вЂ” координата в плоскости линзы 7, 8, (= ) — — пространственная частота в «Хв Л плоскости фотойриемников 9, 10, *

Х вЂ” координата в плоскости фотоприемников 9, 1.0, Z — продольное перемещение обьекта.

Фазометры 12 и 11 определяют фазы

5 p+) и р-1.

На выходе вычитателя 13 получим:

Лф)з =ф+1 — p-1.=2КСо 64 — 2К Z Q C4 (4)

На выходе сумматора 14 получим:

Как видно из выражений (4) и (5), сигналы на выходах блоков 13 и 14 пропорциональны поперечным Л С и продольным Z перемещениям объекта..

Ключи 15 и 16 могут поочередно подключать выход модулятора 17 к АОМ 3 по командам от. ЭВМ или вручную от операто20 ра. По сравнению с прототипом повышается информативность, так как измеряется третья координата объекта.