Способ интерполирования интерференционных сигналов

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности интерполирования за счет исключения операции многократного выпрямления разностного сигнала с исключением его постоянного уровня, что становится возможным в результате оптического интерполирования периода исходных интерференционных Сигналов осуществляемого путем интерференции двух вспомогательных световых пучков с оптической разностью хода, периодически изменяемой в соответствии с полупериодом интерполируемых сигналов на величину, пропорциональную требуемой доле порядка интерференции, с последующей обработкой двух сдвинутых по фазе на П/2 сигналов, полученных в результате фотоэлектрического преобразования вспомогательной интерференционной картины, Оптическое интерполирование осуществляется с помощью интерферометра 2 Майкельсона, на светоделителе 3 которого интерферируют световые пучки, отраженные от плоских зеркал 4 и 5, из которых одно неподвижно, а другое закреплено на пьезоприводе б, на который поступают предварительно усиленные интерполируемые интерференционные сигналы. Фотоприемники 11 и 12 преобразуют падающие на них от светоделителя 7 потоки в две последовательности сигналов, сдвинутые по фазе на П/2. Сдвиг фаз обеспечивается выбором положения диафрагмы 8 и 9. 3 ил, со с

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК (s))s G 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ведомство сссР (IOCllATEHT CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (К&В ".:."3 0

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4807462/28 (22) 30.03.90 (46) 15.04.93. Бюл. М 14 (71) Институт электроники Ан БССР, (72) IO. Г. Буров и B. Н. Ильин (56) Авторское свидетельство СССР

М 1033867, кл. G 01 В 21/00, 1987,.

Зилитинкевич И; С..Интерполяция от. счета в пределах периода аналого-цифрово.. го преобразователя накопительного типа.

Известия высших учебных заведений; Приборостроение, 1969,.М 8, с. 21-24, (54) СПОСОБ ИНТЕРПОЛИРОВАНИЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности интерполирования за счет исключения операции многократного выпрямления раэностного сигнала с исключением его постоянного уровня, что становится возможным в результате оптического интерполирования периода исходных интерференционных сигналов осуществляемого путем интерференции двух

„„59„„1809301 А1 вспомогательных световых пучков с оптической разностью хода, периодически изменяемой в соответствии с полупериодом интерполируемых сигналов на величину, пропорциональную требуемой доле порядка интерференции, с последующей обработкой двух сдвинутых по фазе на П/2 сигналов, полученных в результате фотоэлектрического преобразования вспомогательной интерференционной картины.

Оптическое интерполирование осуществляется с помощью интерферометра 2 MGAкельсона, на светоделителе 3 которого интерферируют световые пучки, отраженные от плоских зеркал 4 и 5, из которых одно неподвижно, а другое закреплено на пьезоприводе 6, на который поступают предварительно усиленные интерполируемые интерференционные сигналы. Фотоприемники 11 и 12 преобразуют падающие на них от светоделителя 7 потоки в две последовательности сигналов, сдвинутые по фазе на

П/2. Сдвиг фаз обеспечивается выбором положения диафрагмы 8 и 9, 3 ил.

1809301

Изобретение относится к измеритель- случая, представленного на фиг, 1, и Адля ной технике;.s частности к интерполирова-. представленного на фиг, 2 случая) до нуля нию интерференционных сигналов при -"йри t=T, В момент времени t-Т/2 происхоиэмерении линейных перемещений и углов, " дит переворот фазы сигналов 02 и 03 на, Целью изобретения является повыше- 6,180 . Это объясняется изменением направние точности интерполирования за счет ис- (ления вектора оптической разности хода на ключе ния on е ра ции многократного противоположное. Поэтому сигналы 02 и 03 выпрямления разностного сигнала с исклю- в диапазоне р /2, Т3 являются зеркальными чением его постоянного уровня, отображениями соответственно сигналов

На фиг. 1 и 2 представлены временные "0 02 и 03 в диапазоне (О, Т!2) относительно диаграммы сигналов, формируемых при не- . прямой линии, проходящей через точку которых операциях способа, для двух раз- tT/2 перпендикулярно оси t. При t-Т снова личных долей порядка интерференции (d-6 происходит переворот фазы сигналов 02 и для диаграмм на фиг. 1 и d-8 для диаграмм U3 на 180О, вызванный повторным изменена фиг. 2);- на фиг. 3 представлена блок-схе- "5 нием направления. вектора разности ходе на ма устройства, реализующего способ. первоначальное направление, То есть в моУстройство содержит источник 1 коге- мент времени t T возникает вторая линия рентного света; интерферометр 2 Майкель- зеркальной симметрии, причем относитвльсона, включающий в себя светоделители 3, но нее зеркальные сигналы 02и 03.для 1=(0, 7 и зеркала 4, 5, пьезопривод 6 и точечные 20 Т) с соответствующими сигналами 02 и 03. диафрагмы 8, 9; усилитель 10; фотоприемни- для tgT, 27). Таким образом; операции форки 11, 12; схемы 13 и 14 автоматической мирования двух сдвинутых по фазе над/2 регулировки усилени ; схемы 15 и 16 вы- сигналов при периодически изменяющейся прямления; дифференцирующий усилитель разности хода дает две последовательносм

17 и индикатор 18 нуля. 28 сигналоа U2 и U3, каждая из которых предПредлагаемый способ осуществляют стаеляет собой последовательность цугов следующей совокупностью операций . гармонических сигналов с длительностью

Осуществляют интерференцию двух ко- цуга Т/2,- имеющих в точках рТ/2 (где р— герентных световых пучков с длиной волны любое целое положительное число) сдвиг

Я. При этом разность хода интерфврирую- 30 фазы относительно соседних цугов гармощих вспомогательных пучков периодически нических сигналов на 180 ; изменяют. Величина периода измерения Выпрямляют полученные сигналы 02 и разности хода равна жаевине периода Т 03(соответственно сигналы 04 и U5 на фиг. исходных интерферанцюиных самадов 01 1 и 2}. (фиг. 1 «и 2).,Саму разность хода при этом 36 Вычитают полученные сигналы 04 и 06 изменяют в диапазоне О- Х Ы/4, rpe один из другого, получая при этом разност1-1,2,3,4,... и зависит от требуемой мличи- ный треугольный сигнал 06. Период сигнаны d доли порядка интерференции. лов 06 осле выполнения этик операций s k

Формирует два сдвинутык по фазе на раз меньше периода Т гармонических сигж /2 сигнала 02 и 03 вследствие фотозлект- 40 налов, характеризующих порядок интерферического преобразования полученной по- ренции. сле первой операции интерференционной Квантуют полученные сигналы 06 по картины. Допустим, что при максимальном уровням (на фиг. 1 и 2 показан лишь один значении напряжения исходного гармони- уровень квантования, равный нулю), ческого интерференционного сигнала (1-.0 45 Формируют по результату предыдущей на временных диаграммах фиг, 1 и 2) раз- операции последовательность 07- прямоность хода интерферирующих вспомога- угольных импульсов, период следования тельных световых пучков равна нулю. В которых характеризует долю б порядка интечение времени, равного половине перио- терференции. Период импульсов 07- s o5да Т интерференционных сигналов 01, раз- 50 щем случае а 2km -раз (m — число уровней ность ходаувеличивают от нуля до Зл,/4 для квантования) меньше периода Т исходных случая, представленного на фиг. 1; идоАдля интерференционных сигналов 01, поэтому случая„представленного на фиг. 2. Форми- доля пор дка интерференции определяется рувмые при этом сигналы 02 и 03 являются по формуле гармоническими на укаэанном отрезке вре- 56 d-2Ьп, мани. С момента t-Т/2.разность хода интер- Величина k определяется максимальной веферирующих вспомогательных пучков личиной g периодически изменяющейся. начинает уменьшаться от своего макси- раз ости хода интерферирующих вспомогамального значения А k/4 {равного 3 А /4.для тельных световых пучков по формуле

1809301

k-4(/А, Таким образом, дискретно изменяя величину 1 периодически изменяющийся разности хода интерферирующих вспомогательных пучков, можно в широких пределах варьировать получаемую долю порядка интерференции. Кратность интерполирования предложенного способа определяется рядом 2km; где k--1, 2, 3,... То есть она превышает кратность интерполирования способа-прототипа. Так как в предложенном способе устранена необходимость многократного выпрямления разностного электрического сигнала с исключением его постоянного уровня, точность интерполирования по предложенному способу и ревышает точность способа-прототипа и постоянна для любых получаемых с его помощью значений доли порядка интерференции.

Реализующее предложенный способ устройство работает следующим образом.

На светоделителе 3 интерферометра 2 осуществляется интерференция двух световых пучков, отраженных от плоских зеркал

4 и 5. Зеркало 4 закреплено неподвижно, а зеркало 5 — на пъеэоприводе 6, перемещающем его параллельно направлению подающего на него светового пучка. На пьезопривод поступают усиленные с помощью усилителя 10 интерференционные сигналы, период Т которых необходимо интерполировать. Таким образом, интерференция указанных пучков осуществляется с периодически изменяющейся разностью хода интерферирующих лучей, максимальная величина L которой равна удвоенной амплитуде колебаний пьезопривода 6, Фотоприемники 11 и 12 осуществляют фотоэлектрическое преобразование падающих на них интерференционных потоков, направляемых светоделителем 7, в две последовательности сигналов UZ и 03 (см, фиг.

1 и 2). Сдвиг фазы одной последовательности наГ/2 относительно другой последовательности осуществляется выбором положений диафрагм 8 и 9 на сечениях соответствующих инте рференционн ых картин.

Выходиые сигналы фотоприемников 11 и 12 выравниваются по амплитуде с по,мощью схем 14 и 13 автоматической регулировки усиления. Полученные сигналы выпрямляют при помощи схем 16 и 15 выпрямления, Выпрямленные сигналы вычитают дифференциальным усилителем 17,. с выхода которого получают разностный треугольный сигнал с нулевым постоянным уровнем.

При пересечении этим сигналом нулевого уровня индикатор 18.нуля формирует короткие прямоугольные импульсы (диаграммы U7 на фиг, 1 и 2), период следования

5 которых в Zk раз меньше периода Т исходных интерполируемых сигналов (предложенное устройство реализует лишь один уровень квантования раэностного треугольного сигнала по уровням, Для достижения

10 большего количества уровней квантования можно использовать известный блок квантования. Величина k определяется амплиту дой колебаний пъезопривода 6, которая в свою очередь зависит от величины коэффи15 циента усиления усилителя 10,.Изменяя величину этого коэффициента усиления, можно изменять амплитуду колебаний пъезопривода 6, т,е. максимальную разность хода интерферирующих лучей, и следова20 тельно, величину доли порядка интерференции (коэффициент интерполяции периода исходных интерференционных сигналов).

При этом необходимо отметить„что для правильной работы устройства необходимо

25 иметь максимум или минимум интерференции вспомогательных световых пучков в одном иэ крайних положений зеркала 5, укрепленного на пьезоприводе 6. Для того, чтобы это условие выполнялось при различ30 ных амплитудах колебаний пьеэопривода, его положение относительно светоделителя

3 регулируется с помошью микрометрического винта, не показанного на фиг. 3.

Формула изобретения35 Способ интерполирования интерференционных сигналов, заключающийся в формировании двух сдвинутых по фазе на л /2 сигналов, выпрямлении их, вычитания одного выпрямленного сигнала из другого; кван40 тования полученного сигнала по уровням, формировании по результатам квантования последовательности прямоугольных импульсов и определении доли порядка интерференции, отли ч а ю щи А с ятем, что, с

45 целью повышения точности интерполирования за счет исключения операции многократного BhlflpAMfIGHMR разностного сигнала с исключением его постоянного уровня, для формирования сдвинутых по фазе сигналов

50 используют результат фотопреобразования интерференционной картины от двух вспомогательных световых пучков длиной волны .: Л, оптическую разность хода которых перио- дически измеряют от нуля до значениями К/4,.

55 где К=1, 2. 3... в соответствии с полуперйодом интерполируемых сигналов, а долю порядка интерференции определяют по формуле d=2mk, где m — число уровней кван-:тования, 1809301

Уб

Составитель Ю.Ьуров

Техред М.Моргентал

Редактор Т.Пигина

Корректор Т,Вашкович

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

Заказ 1279 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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