Интерферометр для измерения линейных перемыцений объекта

 

Союз Советских Q Д Я C А Я Ц Я

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт, свидетельства №вЂ”

Заявлено 16.VI 1971 (№ 1672594/25-28) с присоединением заявки №вЂ”

В

Приоритет—

Опубликовано 21.XI.1973, Б!О:!лстеи1т № 46

Дата опубликования описания 23.х/11.1974

М, Кл. С 01Ь 9/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР

IiI! делам изобретений и открытий

УДК 531.715.1(036 6) Лвтор изобрстсщгя

В. М. Сихарулидзе 1 бил!!Сский филиал Всесо1озного научно-исследовательского института метрологии им. Д. И. Менделеева

Заявитель

ЙНТЕ1зФЕPOMEI I ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЛИНЕЙНЫХ П Е Р ЕМ Е 1Ц Е Н И Й О В Ъ Е I(I A

Устройство относится к области контрольно-иза!ернтес!ьно1! техники и может быть использовано, в частности, для измерения линetlti»ti перемещений объекта.

Известен интерферометр для измерения ли-! нейных иере»eftfett»fl обьекта, содержащий источ!шк света, систему для разделен!Гя свес<и>ого пучка от источника света на две ветви, нлоскне зеркала, каретки, связываемые с

OO!хЕК 1О. т!т !>ТРЯ?К»ТЕ IЬНЫЕ СИСТЕМЫ В ВИДЕ уст»нов ietltttlx и Одной из ветвей интерферометр» блоков регулируемых неподвижных и нодви>кн1,!.; уголковых отражателей (призм)

tl илоскнх отражателей If отсчетнос устройство.

Пов! !шсии! чувствительности В известном нитерферометре достигнуто за счет применения в одной ег0 ветви системы из уголковых и и Ioclажателя I Iй нризме, установленной на подвижной к»PeTIкателю установлено в другой, н«но,!Вижной призм«.

Предлагаемый интерфсрометр имеет более высокую чувствительность, которая достигается и.- IIpocTI.Iì увсгн!чением числа уголковы: отр>1?кателсй, и Нх особым расположением н отличается от известного тем, что отра ;.»телы:ые системы установлены в каждой ветви 1псрферометра н состоят из одного неНОДВИ (I!0! O; ГОЛ КОРхОГО ОТРЯ>КЯТЕЛЯ И ОДНОГО

УГОЛКОР>01 О И НЛОС!<ОГО ОТРЯ>КЯТСЛЕ!1, P 30110;10 женных ня каретке таким образом, что биссектрисы прямых углов между отражающими

> ГРЯНЯ>10 НЕНОДВИЖ!!! IX И НОДВН>ниlхlк X ГОЛКО" вь1х отражателей смещены друг относительно друг» II» расстояние, равное отношению расстояния между осью первого пучка лучей, палающег0 на подвижный уголковый отража10 тель н биссектрисы прямого угл» последнего, к уменьшенному на едш1нцу числу нрохоя<де1!НЙ И т ЧКОМ CB«I » И Tlt МЕ>КД> A ГОЛКОВЫМН ОТРЯЖЯТ< Лс!М tl В 1<ЯЖДОЙ РЕТИН IIIITePQePOIIeTP3 ирн прямом ходе лучей, а середины плоских

15 отри>к» гет«1! расноло>кены ll» биссектрисах прямых углов нодви>кных v!0;tt

Ня фиг. 1 изображ«на нрннннииальная схем» предлагаемого иитерферометра; ня

20 фиг. ? — Оптическая схема ветви интсрферомстра, причем а есть расстояние между бисС Е КТ P И С 3 Ъ И II P Я М Ь1 Х У ГЛ 0 В 1т! ЕЖ Д " O T Р 3 Ж 3 10 IЦИ ми гранями уголковых отражателей; в р»«стояние ме>кду осью первого пучка лучей, 25 и»дающего на иодви>кн!.!!! уголковый отражатель, и биссектрисой прямого угла носледт1СГО

Инт«рфероа!«Тр содер кнт источник света (лазер) 1, щель 2, светодслительную снсте30 му 1, вено",н1гятельныс з«ркяля 4т 5 н 6, иод407185 вижные уголковые отражатели 7 и 8, неподвижные уголковые отражатели 9 и 10, плоские зеркала 11 и 12, подвижную каретку 18, полупрозрачное зеркало 14, откидное зеркало

15, щели фотоприемников 1б и 17, фотоприемники 18 и 19, усилители 20 и 21, схему преобразования сигналов в дискретно-цифровую форму 22 и 28, реверсивный счетчик импульсов 24 и окуляр 25, при этом элементы 1б-25 образуют отсчетное устройство.

Предлагаемый интерферометр работает следующим образом.

Источник света (лазер) 1 и щель 2 образуют осветительную систему интерферометра.

Светоделительная система 8 служит для разделения излучения лазера на два пучка приблизительно равной интенсивности, Вспомогательные зеркала 4, 5 и б, уголковые отража. тели 7-10 и плоские отражатели 11 и 12 образуют две ветви интерферометра, причем отражатели 7, 8, 11 и 12 укреплены на подвижной каретке 18.

Полупрозрачное зеркало 14 и откидное зеркало 15 служат для проецирования интерференционных полос на неподвижные щели 1б и 17, установленные перед фотокатодами фотоприемников 18 и 19, выходы которых через усилители 20 и 21 включены на входы схем преобразования сигналов в дискретно-цифровую форму 22 и 28, при этом выходы последних включены на реверсивный счетчик импульсов 24.

Окуляр 25 служит для визуального наблюдения интерференционной картины при откинуто м 3ep кал е 15.

Параллельный пучок света от лазера 1 попадаст через щель 2 на светоделительный элемент 8, который делит его на два пучка приблизительно равной интенсивности. Проходя. щий и отраженный пучки света вспомогательными зеркалами 4, 5 и б направляются на уголковые отражатели 7 и 8, а после отражения от них на уголковые отражатели 9 и 10.

Уголковые отражатели в каждой ветви интерферометра располагаются таким образом, что биссектрисы прямых углов между II# отражающими гранями параллельны между собой и смещены друг относительно друга на определенное расстояние а (см. фиг, 2). Это обеспечивает «спиралеобразный» ход лучей между уголковыми отражателями, благодаря чему пучки лучей многократно проходят пути между отражателями 7 и 9 в одной ветви и 8 и 10 в другой и попадают на плоские зеркала 11 и (2, после отражения от которых проделывают пройденный путь в обратном порядке, вновь соединяясь на разделяющей пластине 8.

При описании одного полного «витка» ось пучка света смещается в сторону биссектрисы прямого угла подвижного уголкового отражателя параллельно самому себе на расстояние.

2в — 2(в — а), где в — расстояние между осью первого пучка лучей, падающего на подвижный уголковый отражатель, и биссектри5 !

Зо

65 сой прямого угла последнего. При описании каждого нового «витка» пучок лучей смещается на ту же величину по отношению к предыдущему положению, при этом К вЂ” число прохождений пучком света пути между уголковыми отражателями в каждой ветви интерферометра при прямом (а также обратном)

«оде лучей будет равно:

Ы+

К = 3, 5, 7,...(2n — 1); (1)

При перемещении каретки 18 с уголковыми и плоскими отражателями 7, 8, 11 и 12 в направлении, параллельном биссектрисам прямых углов уголковых отражателей на расстояние Ь1, оптическая длина одной из ветвей интерферометра увеличивается на величину

2К El, в то время как другая уменьшается на ту же величину, при этом разность хода интерфирирующих лучей меняется на величину

4к Dl (в обычных двух лучевых интерферометрах на 2El). Таким образом, коэффициент увеличения чувствительности интерферометра к перемещениям будет равен:

2к (2)

Для случая, изображенного на фиг, 1

1 = 10. В зависимости от выбранного значения i по формуле 1 и 2 подбирают величины анв.

Поскольку пучки лучей обеих ветвей интерферометра испытывают равное число отражений, то ослабление их интенсивности будет приблизительно одинаковым (при равных коэффициентах отражения отражателей), в результате чего становится возможным добиться при больших i малого понижения контраста интерференционной картины.

Максимально достижимый коэффициент повышения чувствительности интерферометра к перемещениям определяется монохроматичностью применяемого источника света и выбранным пределом измерения перемещений.

При перемещении подвижной каретки 18 интерференционные полосы, проецируемые полупрозрачным н полностью отражающим зеркалами 14 0 15 на неподвижшяс щели 16 и 17, установленные перед фотокатодами фотоприемников 18 и 19, смещаются, вызывая модуляцию падающего на них светового потока. Наклоном зеркала 15 добиваются сдвига фаз синусоидальных сигналов с выхода фотоприемников на -. /12 для осуществления реверсивного счета полос. После усиления сигналов с выходов фотоприемников 18 и 19 в усилителях 20 и 21 н преобразования их в импульсную форму схемами преобразования сигналов 22 и 28 они поступают на вход реверсивного счетчика импульсов 24. Зафиксированное счетчиком число импульсов Л соответствует перемещению каретки на длину

Л i, 2i.

При откинутом верка Iå 15 ннтерференционную картину мо кно наблюдать в окуляр 25 для впзуальных измерений.

407185

25 зо

Выполнение отражательных систем ветвей ннтерферометра в виде системы уголковых отражателей (могущих быть замененными другими отражателями, оборачивающими пучок лучей на 180 ), обеспечивает параллельность отраженного и падающего пучка лучей при наклонах каретки, что уменьшает влияние нспрямолинейностн перемещения подвижной каретки.

Прп высокой степени монохроматичности излучения оптических квантовых генераторов (лазеров), построение интерферометра по предлагаемой схеме позволит намного расширить верхний предел повышения чувствительности интерферометра и перемещениям при одновременном упрощении оптической схемы его отражательных систем.

Для предотвращения возможности одновременного набл1одения в поле зрения интерферометра пнтерференционных картин разной чувствительности ширина плоских зеркал, установленных на подвижной каретке равна ширине применяемого пучка света, а расстояние между биссектрисами прямых углов подвижного н неподвижного уголковых отражателей в каждой ветви интерфсрометра равна нли больше полушпрпны применяемого пучка света.

Предмет изобр стения

Интерферометр для измерения линейны. перемещений объекта, содержащий источник света, систему для разделения светового пучка от источника света на две ветви, каретку, связываемую с объектом, отражательные системы в виде подвижных уголковых и плоских отражателей, располо>кенных на каретке, и неподвижных уголковых отражателей, и отсчетное устройство, от.>ичающ11йся тем, что, с целью повышения чувствительности интерферометра и упрощения устройства, отражательные системы установлены в ка>кдои ветви интерферометра и состоят из одного неподвижного уголкового отражателя и одного подвижного уголкового и плоского отражателей, расположенный на каретке так, что биссектрисы прямых углов между отражающими гранями неподвижных и подви>кных уголковых отражателей смещены друг относительно друга на расстояние, равное отношению расстояния между осью первого пучка лучей, падающего на подвижный уголковый отражатель, и биссектрисой прямого угла последнего, к уменьшенному на единицу числу прохо>кдений пучком света пути между уголковыми отражателями в каждой ветви интерферометра при прямом ходе лучей, а середины плоских отражателей расположены на биссектр11сах прямыx углов подви>кныx уголковых отра>кателей.

Составитель Лоозова

Техред Т. Ускова Корректор И. Позднлковскаи

Редактор В. Зивтынь

Заказ 1672 Изд. 1149 Тираж 760 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений п открытий

Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 1/5 1ерсповецкап городски. типогра<1>ни