Способ измерения линейных перемещений в оптико-электронных измерительных системах с интерференционной модуляцией
446744
Оп ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
N ее ВТОРСКОМУ СВИДИИЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 04.04.72 (21) 1767422/25-28 с присоединением заявки— (32) Приоритет—
Опубликовано 15.10.74. Бюллетень Хе 38
Дата опубликования описания 12.08.75. (51) М. Кл. С 01Ь 11/26
G 01b 19/56 Государственный комитет
Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.3.082.5:
:002.71(088.8) (72) Авторы изобретения
Г. А. Ковалев, H Ф. Никитенко, Е. А. Скурко и Ю. Н. Шестопалов (71) Заявитель
Новочеркасский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. Серго Орджоникидзе (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
В ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
С ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
Изобретение относится к измерительной технике.
Известен способ измерения линейных перемещений в оптико-электронных системах с и1нтерферанционной модуляцией, заключающийся в Toil, что î величи1не перемещения c) дят по относительным параметрам первой и второй гармоник модулирующего напряжения.
Устройство, реализующее известный способ, содержит двухлучевой интерферометр с подвижным отражателем, модулятор света с источни1ком модулиру1ощего напряжения, фотоэлектрический преобразователь, два изби рательных усилителя переменного тока, настроен ных на частоту первой и второй гармо ник, вычитатель, ревврсивный счетчик интерференционных полос.
Недостатком известного спосооа является невысокая точность измерений.
Предлагаемый способ отличается от известного тем, что для повышения чувствительности в качестве параметра, по ко1орому судят о величине псрсме1це11ия, принима1от разность фаз между апряжснием удвоенной частоты ,модуляции и разностью между напряжениями второй гармоники и сдвинутым на 90 напряжением первой гармоники удвоенной частоты.
С целью повышения точности измерений предлагаемое устройство снабжено двумя уд2 воителями частоты, фазовращателсм, и фазоизмерптельным устройством, причем вход одного пз удвоителей частоты электрически ioooдине н с выходом избирательного усилителя, 5 настроенного ва частоту первой гармоники модулпрующего,напряженпя, а выходом — с фазовращателем, подключенным к одному из выходов выключателя, второй вход которого подключен к пзбиратель11ому усилителю, «аIO строенному на частоту второй гармоники модулирующего напряжения, а выход — к од ному из входов фазоизмерительного устройства, соединенного электрически со входом реверсивного счетчика интерференционных полос, 15 вход второго удвоителя частоты подключен к источнику модулирующего напряжения, а выход — к другому входу фазоизмерительного устройства.
На чертеже приведена схема предлагавмо20 го устройства, реализующего предлагаемый способ.
Устройство включает двухлучевой интерферомстр 1 с интерференционнои модуляцией, фотоэлектрический преобразователь 2, изби25 ратслы1ыЙ 4 cII,1IITc",Iь 3 первой гармоники, избирательньш усилитель 4 второй гармоники, первый удвоитель 5 частоты, фазовращатель
6, вычитатель 7, фазоизмерптельное устройство 8, второй удвоитель 9 частоты, источник зо 10 модулируемого напряжения.
446744
10
3
При измеронии очень малых линей ных перемещений световой поток, полученный на выходе двухлучевого интерферосметра 1 с интерфереш ио1гной модуляцией и несущий информацию о перемещении, прсобразуют фотоэлектрическим преобразователем 2 в слож ный модулирова нный электрический сигнал, из которого и збирателыными усилителями 3 и 4 выделяют соответственно электрические сигналы первой и второй гармоник модули рующего напряжения.
Сигнал первой гармоHHêè
4л
UI — — UmISin -Лх ° sin I»t
Л удваивают при помощи удвоителя 5 частоты.
При разложении в ряд функции, описывающей напряжение, имеют электрический сиг,нал
4л 4
U = UmI sin — — Лх — Um, Л л Л
4о iñîâ 2 ввв сов 4 овt совб сов
Л Х 13 35 57 из которого выделяют сигнал только удвоеп;ной частоты
4 4л
U = — Um sin — — Лх sin 2 u>t.
3л Л ,После удвоения частоты сигнал U3 сдвигают по фазе на 90 фазовращателем 6 и на его выходе получают напряжение
У4=У I . sin Лх з1п2Ы.
Это внапряжение при помощи вычитателя
7 сравнивают с сигналом второй гBpMoIHHIKH
4л
Ug= Ущо- сCOS — ) = ЛХ ° COS 2 (Ît, в полученным при помощи избирательного усилителя 4. На выходе вычитателя 7 получают на,пряжение
4Л
UI; — — U4 — Uq = U „,; . з1п; — Лх SIn 2 < It— — U,„-, — cos — — - Л ° cos 2I>t = UmIoos(2 IIt—
4л — Л
4л
4Л
Фазовый угол ЛФ вЂ” . Лх элоктричеокого
Л сипнала U6 несет информацию о линейном перемещении Лх. Для получения этой информации в цифровой фо рме используют фазоизмерительное устройство 8, разрешающая способность которого определяет точность измерения линейных перемещений. В качестве опорного сигнала фазоизмерительного устройства 8 используют напряжение
Уг= Уг cos 2 Ioi, полученяое при помощи удвоителя 9 частоты из элект р ического сигнала на выходе генератора 10 модулирующего напряжения.
В процессе измерения очень малых линей20
4 ных перемещений в двухлучевом и нтерферометре 1 измеряется оптическая разность хода лучей Лх и, следовательно, и угол сдвига фаз
ЛФ, Лх между напряжением UI; на выходе вычитателя 7 и,напряжением U7 на выходе удвоителя 9 частоты. Перемещение подвижного отражателя интерферометра 1 на полови ну длинны световой волны соответствует изменению угла сдвига фаз от 0 до 360, т. е. одному периоду синусоидального сигнала на выходе вычитателя 7.
Предмет изобретения
1. Спо соб измерения линейных перемещений в оптико-электронных измерительных системах с интерференционной модуляцией, заключающийся в том, что о величине перемещения судят по относительным параметрам первой и второй гармоник модулирующего напряжен ия, отличаюш,ийгся тем, что, с целью повыгпения чувствительности, в качестве параметра, по которому судят о величине перемеще|ния, пр инимают разность фаз между напряжением удвоенной частоты модуляции и разностью между напряжениями второй гармони ки и сдвинутым на 90 .напряжением первой гармоники удвоенной частоты.
2. Оптико-электронное устройство для реализац ии способа по п. 1, содержащее двухлучевой и нтерферометр с подвижным отражателем, модулятор света с,источником модулирующего напряжения, фотоэлектрический преобразователь, два избцрателo íûõ усилителя перемс1г ного тока, настроенных на частоту первой и второй гармоник, вычитатель, ревероивный счетчик интерференционных полос, отгичающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно GI-абжено двумя удвоителями частоты, фазовращателем и фазоизмерительным устройством, причем вход одного из удвоителей частоты электрически соединен с выходом избирательного усилителя, настроенного на часто1у первой гармоники модулирующего,напряжения, а выходом — с фазовращателем, подключенным к одному из выходов выключателя, второй вход которого подключен к избирательному усилителю, нас строе иному на частоту второй га рмсяики модулируяощего напряжения, а выход — к одному из в одов фазоизмерительного устроиства, соединенного электрически со входо м реверсивного счетчика интерференционных полос, вход второго удвоителя частоты по дключен к источ нику модулирующего напряжения, а выход — к другому входу фазоизмерительного устройства.
446744
Сосгавитель В. Климова
Редактор В. Новоселова Техред Н. Куклина
Корректор Н. Стельмах
Подписное
МОТ, Загорский филиал
Заказ 2760 Изд. № 1094 Тираж 760
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открь|тий
Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
