Интерферометр абсолютного гравиметра

Интерферометр относится к навигационному приборостроению и предназначен для работы на подвижном основании абсолютного гравиметра. Интерферометр содержит пробное тело с уголковым отражателем, опорный и измерительный лучи, совмещаемые в одной точке экрана. На пути измерительного луча установлена оптическая система, направляющая его в точку пересечения с опорным лучом независимо от горизонтального смещения уголкового отражателя. Предложенный интерферометр снимает ограничения на условия плавания и размещение прибора на корабле в процессе абсолютных гравиметрических измерений на море. Технический результат – повышение точности работы гравиметра и улучшение его эксплуатационных характеристик. 1 ил.

 

Известны лазерные [1-7] и атомные [8] интерферометры, применяемые в абсолютных гравиметрах, предназначенных для работы на неподвижном относительно Земли основании Известны гравиметры [2], у которых высота падения уголкового отражателя равна 70 мм. Известны гравиметры [7], у которых высота полета равна 2 мм. За прототип примем интерферометр гравиметра [1], у которого высота падения равна 20 мм.

В интерферометрах связанных с абсолютными измерениями используются два луча: эталонный, длина которого постоянна, и измерительный, длина которого изменяется при движении пробного тела. В месте пересечения лучей устанавливается экран, на котором образуется интерференционная картина, считываемая оптическими детекторами. При работе на подвижном основании пробному телу сообщается начальная скорость по пяти координатам, которая выводит измерительный луч из точки пересечения. Если используется лазерный интерферометр с уголковым отражателем, то отраженный луч будет перемещаться, оставаясь параллельным самому себе и лучу, падающему на уголковый отражатель.

Задача изобретения - сохранение положения отраженного луча в точке падения на экран опорного луча. Задача решена так, что на пути измерительного луча установлена оптическая система, направляющая его в точку пересечения с опорным лучом, независимо от перемещений измерительного луча в пространстве

Технический эффект заключается в повышении точности работы гравиметра и улучшении его эксплуатационных характеристик.

Устройство интерферометра приведено на Фиг. 1.

На Фиг. 1 изображены: 1 - излучатель, 2 - делительный оптический элемент, 3 - уголковый отражатель пробной массы, 4 - экран, 5 - фотодетектор интерференционных сигналов, 6 - фокусирующая линза, 7 - рассеивающая линза, 8 - дополнительная фокусирующая линза. Пунктиром показаны положения уголкового отражателя и лазерных лучей при смещении отражателя в горизонтальном направлении.

Луч излучателя 1 попадает на делительный элемент 2. На элементе 2 луч раздваивается: один поступает на уголковый отражатель 3, а второй на экран 4. На этот же экран попадает отраженный от уголкового отражателя луч. Возникающая при движении отражателя интерференционная картина считывается фотодетектором 5. При горизонтальном смещении уголкового отражателя отраженный луч будет перемещаться параллельно самому себе и может выйти за пределы зоны пересечения с опорным лучом. Для того чтобы этого не случилось необходимо скорректировать его путь, например, с помощью трубы, содержащей объектив 6, изменяющий направление луча, и окуляр 7, восстанавливающий направление. Перемещение луча на выходе из трубы будут на порядок меньше перемещений его на входе. Если этого недостаточно, то с помощью линзы 8 производят дополнительную фокусировку луча на заданную точку.

Оценим смещение луча при полезной высоте полета h=20 мм и времени измерения t=0,07с. Предположим, что гравиметр работает в условиях гармонической качки с амплитудой θ=0,1рад. и круговой частотой , а место установки гравиметра удалено от центра качаний на Н=1 м. Начальная горизонтальная скорость при броске пробного тела может достигать величины Смещение пробного тела по горизонтали за время полета с постоянной скоростью составит I1=Hθωt=1000*0.1*1*0.07=7 мм, а смещение луча I2=2I1=14 мм.

Уменьшая высоту полета, удаление от центра качаний и начальную горизонтальную скорость, смещение луча можно многократно сократить, но это приведет к ограничению выбора конструкции и условий эксплуатации. Например, можно снизить высоту полета [7], до 2 мм. Можно выбрать момент броска, при котором горизонтальная скорость близка к нулю, но такое событие на каждом периоде качки происходит 2 раза, а многие гравиметры [1] работают сериями бросков, и в сериях многие измерения будут недостоверными. Можно ограничить степень волнения моря при измерениях, но это затянет цикл измерений, и может не дать возможности проводить измерения в нужное время в нужном месте.

Предложенное решение снимает ограничения на условия плавания и размещение прибора на корабле в процессе абсолютных гравиметрических измерений на море.

Литература.

1. А.Л. Витушкин. Разработка и исследование портативного абсолютного баллистического гравиметра с эксцентриковым механизмом бросания. М. 2002.

2. В.Б. Гужов, Н.Н. Кокошкин, В.Д. Шурубкин. Баллистический лазерный гравиметр. Паи. РФ 2193786 С1, 2001.

3. Е.Н. Калиш. Разработка и исследование измерительно-вычислительной системы баллистического лазерного гравиметра. М. 2003.

4. Г.П. Арнаутов, В.П. Коронкевич, Ю.Ф. Стусь. Интерферометр абсолютного баллистического гравиметра. Препринт 196. Новосибирск. 1982.

5. Л.Ф. Витушкин, О.А. Орлов, А. Джнрмак, Д. Д`Агостино. Лазерные интерферометры перемещений с субнанометровым разрешением в баллистических гравиметрах. Измерительная техника. 2012.

6. Г.П. Арнаутов, В.Н. Вьюхин. Аналого-цифровой интерференционный метод измерения ускорения свободного падения. Датчики и системы. 2013.

7. Akito Araya. Micro-distance toss-up type absolute gravimeter. US 2003/0136190 A1 Jan. 21, 2002.

8. В.Н. Барышев, Н.Ю. Блинов. Применение атомных интерферометров в гравиметрии. Измерительная техника. 2014.

Интерферометр предназначенного для работы на подвижном основании абсолютного гравиметра, содержащий пробное тело с уголковым отражателем, опорный и измерительный лучи, совмещаемые в одной точке экрана, отличающийся тем, что на пути измерительного луча установлена оптическая система, направляющая его в точку пересечения с опорным лучом независимо от горизонтального смещения уголкового отражателя.



 

Похожие патенты:

Голограммный баллистический гравиметр, содержащий вакуумную камеру, устройство сбрасывания пробного тела, первую голограмму, закрепленную на пробном теле, источник монохроматического излучения, систему коллимации, фотоприемник, электронное устройство синхронизации и обработки сигналов.

Изобретение относится к гравиметрии и может быть использовано для измерений абсолютных значений ускорения свободного падения. Баллистический гравиметр содержит вакуумную камеру, устройство сбрасывания пробного тела, источник излучения, фотоприёмник, устройство синхронизации и обработки сигнала.

Изобретение относится к области гравиметрических измерений и касается способа определения абсолютного значения ускорения свободного падения. Измерения проводят баллистическим лазерным гравиметром с помощью нескольких непараллельных лазерных лучей, которые образуют плоскости в виде треугольников.

Изобретение относится к области гравиметрии и может быть использовано для измерения в морских условиях абсолютных значений ускорения свободного падения. Сущность: на корабле устанавливают абсолютный лазерный и относительный гравиметры.

Изобретение относится к области гравиметрии и касается способа выставки в вертикаль лазерного луча баллистического гравиметра. Способ заключается в том, что проводят серию бросков пробного тела при различных наклонах платформы гравиметра, в каждом броске определяют ускорение свободного падения, находят минимальное значение ускорения в серии бросков и соответствующий ему наклон платформы, при этом наклоне фиксируют платформу.

Изобретение относится к геофизическому приборостроению, а именно к области гравиметрии, и предназначено для выставления вертикали лазерного луча в баллистическом гравиметре при проведении высокоточных абсолютных измерений силы тяжести или ее приращений.

Изобретение относится к гравиметрии и может быть использовано для измерений абсолютных значений ускорения свободного падения. .

Изобретение относится к области гравиметрии, а именно к средствам абсолютных измерений ускорения свободного падения (ускорения силы тяжести). .

Изобретение относится к области гравиметрии и может быть использовано в баллистических лазерных гравиметрах для измерения абсолютных значений ускорения свободного падения (g).

Изобретение может быть использовано при сборке и юстировке зеркальных и зеркально-линзовых объективов. Способ включает формирование от когерентного источника сферических опорного и объектного волновых фронтов, получение интерференционной картины в результате взаимодействия отраженных от эталонной и асферической поверхностей опорного и объектного волновых фронтов и определение по ней положения оси асферической поверхности.

Способ заключается в том, что объект освещают широкополосным светом, формируют пучок излучения, переносящий изображение объекта, делят его на два идентичных пучка, один из которых пространственно фильтруют, формируя волну с известной формой волнового фронта, совмещают направления распространения волновых фронтов, осуществляют спектральную фильтрацию этих пучков и регистрируют двумерное спектральное интерференционное изображение.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам диагностики дегенерации роговицы. Система содержит устройство для оптической когерентной томографии (ОКТ), выполненное с возможностью излучения первого светового пучка с первой длиной волны (λ1), спектрометр рассеяния Бриллюэна (BS), выполненный с возможностью излучения второго светового пучка со второй длиной волны (λ2), отличной от первой длины волны (λ1), устройство фокусировки пучков, выполненное с возможностью объединения первого светового пучка и второго светового пучка таким образом, что первый световой пучок и второй световой пучок распространяются вдоль одной и той же оптической траектории относительно роговицы, и устройство направления и фокусировки пучков, выполненное с возможностью фокусировки первого светового пучка и второго светового пучка вместе в заранее заданном положении (x,y,z) на или в роговице, устройство контроля и анализа для сканирования направляющей ориентации (kx,ky,kz) первого светового пучка и второго светового пучка таким образом, что первый световой пучок и второй световой пучок фокусируются (x,y,z) на или в роговице.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам диагностики дегенерации роговицы. Система содержит устройство для оптической когерентной томографии (ОКТ), выполненное с возможностью излучения первого светового пучка с первой длиной волны (λ1), спектрометр рассеяния Бриллюэна (BS), выполненный с возможностью излучения второго светового пучка со второй длиной волны (λ2), отличной от первой длины волны (λ1), устройство фокусировки пучков, выполненное с возможностью объединения первого светового пучка и второго светового пучка таким образом, что первый световой пучок и второй световой пучок распространяются вдоль одной и той же оптической траектории относительно роговицы, и устройство направления и фокусировки пучков, выполненное с возможностью фокусировки первого светового пучка и второго светового пучка вместе в заранее заданном положении (x,y,z) на или в роговице, устройство контроля и анализа для сканирования направляющей ориентации (kx,ky,kz) первого светового пучка и второго светового пучка таким образом, что первый световой пучок и второй световой пучок фокусируются (x,y,z) на или в роговице.

Использование: для мгновенной оптической когерентной томографии во временной области (iTD-OCT). Сущность изобретения заключается в том, что способ и система для мгновенной оптической когерентной томографии во временной области (iTD-OCT) предоставляют мгновенные профили оптической глубины в осевом направлении образца, обладающего рассеивающими свойствами, или образца, который является по меньшей мере частично отражающим.

Способ формирования сигнала, используемого при генерации изображений, включает получение сенсорной системой фотонных лучей, исходящих от сцены; при этом первая апертура получает первый фотонный луч из указанных фотонных лучей, а вторая апертура получает второй фотонный луч из указанных фотонных лучей, причем первая апертура физически отстоит от второй апертуры, интерференцию каждого из первого и второго фотонных лучей с соответствующим одним из фотонных лучей источника с образованием интерференционных лучей, причем каждый фотонный луч источника имеет неклассическое состояние, в котором флуктуации количества фотонов в каждом фотонном луче источника уменьшены до выбранных допусков, а способ дополнительно включает формирование на основе указанных интерференционных лучей выходного сигнала, приспособленного для использования при генерации изображения указанной сцены.

Способ формирования сигнала, используемого при генерации изображений, включает получение сенсорной системой фотонных лучей, исходящих от сцены; при этом первая апертура получает первый фотонный луч из указанных фотонных лучей, а вторая апертура получает второй фотонный луч из указанных фотонных лучей, причем первая апертура физически отстоит от второй апертуры, интерференцию каждого из первого и второго фотонных лучей с соответствующим одним из фотонных лучей источника с образованием интерференционных лучей, причем каждый фотонный луч источника имеет неклассическое состояние, в котором флуктуации количества фотонов в каждом фотонном луче источника уменьшены до выбранных допусков, а способ дополнительно включает формирование на основе указанных интерференционных лучей выходного сигнала, приспособленного для использования при генерации изображения указанной сцены.

Предложенное изобретение относится к области бесконтактных измерений контуров или кривых трехмерных объектов в реальном масштабе времени. Система определения геометрических параметров трехмерных объектов содержит первую цифровую камеру и вторую цифровую камеру, образующих стереокамеру, датчик массы, датчик скорости, блок калибровки камер, блок работы с датчиками, блок построения промежуточной трехмерной модели и карт глубины, блок распознавания образов, блок интеллектуальной оценки положений и габаритов объектов, процессор для обработки данных, модуль хранения данных, модуль вывода данных, при этом первая цифровая камера и вторая цифровая камера соединены с блоком калибровки камер, датчик массы и датчик скорости соединены с блоком работы с датчиками, блок калибровки камер соединен с блоком построения промежуточной трехмерной модели и карт глубины и блоком распознавания образов, блок работы с датчиками соединен с блоком интеллектуальной оценки положений и габаритов объектов, блок построения промежуточной трехмерной модели и карт глубины соединен с блоком распознавания образов и блоком интеллектуальной оценки положений и габаритов объектов, блок распознавания образов соединен с блоком интеллектуальной оценки положений и габаритов объектов, блок интеллектуальной оценки положений и габаритов объектов соединен с процессором для обработки данных, процессор для обработки данных соединен с модулем хранения данных и модулем вывода данных.

Интерферометр содержит лазерный осветитель и объектив в осветительной ветви, светоделительный кубик, оптические узлы эталонной и рабочей ветвей, анализатор формы волнового фронта в регистрирующей ветви.

Изобретение относится к области оптических измерительных приборов и может быть использовано в оптических интерферометрических датчиках с полупроводниковыми источниками оптического излучения для формирования оптических импульсов и частотной модуляции оптической несущей без использования дополнительных амплитудных, частотных и фазовых модуляторов.

Изобретение относится к технике измерений оптических характеристик оптическими средствами и может быть использовано при конструировании интерферометров для прецизионного контроля формы выпуклых сферических, вогнутых асферических и плоских отражающих поверхностей больших диаметров, в частности зеркал телескопов, выпуклых сферических астрофизических объективов и оптических систем для преобразования лазерного излучения. Интерферометр для контроля формы разнопрофильных поверхностей крупногабаритных оптических деталей включает осветительную ветвь с источником монохроматического излучения, светоделитель и регистрирующую ветвь, составляющие вместе анализатор волнового фронта, установленное последовательно по ходу излучения плоское зеркало с возможностью его поворота на 90°, два компенсатора и две контролируемые детали в двух измерительных ветвях, а между компенсаторами установлено двояковогнутое зеркало с осевым отверстием, с эталонными зеркальными поверхностями различной кривизны, например эллиптической, сферической, обращенными в сторону контролируемых поверхностей деталей. Технический результат - создание интерферометра упрощенной конструкции для одновременного контроля крупногабаритных оптических поверхностей различного профиля, а именно выпуклых сферических, вогнутых асферических, плоских отражающих. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Интерферометр относится к навигационному приборостроению и предназначен для работы на подвижном основании абсолютного гравиметра. Интерферометр содержит пробное тело с уголковым отражателем, опорный и измерительный лучи, совмещаемые в одной точке экрана. На пути измерительного луча установлена оптическая система, направляющая его в точку пересечения с опорным лучом независимо от горизонтального смещения уголкового отражателя. Предложенный интерферометр снимает ограничения на условия плавания и размещение прибора на корабле в процессе абсолютных гравиметрических измерений на море. Технический результат – повышение точности работы гравиметра и улучшение его эксплуатационных характеристик. 1 ил.

Наверх