Устройство для измерения амплитуды периодической разности хода лучей винтерферометрах

 

О П И С А Н И Е (1»890068

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву— (5! )М. Кл.

G 01 В 9/02 (22) Заявлено 0306.79 (21) 2792316/18-25 г с присоединением заявки № (23) Приоритет

1ввударстанвы6 квинтет

СССР во делан нэабретеннй н втнрытнй

ОпУбликовано 15.1281, Бюллетень № 46 (53} ДК g35 8 (088. 8) Дата опубликования описания 15.12.81 (72) Автор изобретения

В. П. Шумилин (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ

РАЗНОСТИ ХОДА ЛУЧЕЙ В ИНТЕРФЕРОМЕТРАХ

Изобретение относится к оптикоинтерференционным средствам измерений и может быть использовано для измерения периодических изменений физических,величин в оптически прозрачных средах.

Известно устройство для измерения амплитуды периодической разности хода лучей в интерферометре, предназначенном для измерения звукового дав- 1о ления в жидкой среде, содержащее блок фотоприемников и измеритель гармонических смещений интерференционных полос (1).

Недостатком известного устройства является низкий диапазон амплитуд измеряемых колебаний, поскольку в нем измерение амплитуды разности хода лучей осуществляется путем анализа фототока первой гармоники от моду- о лированной исследуемым процессом интерференционной картины при ее смещениях в пределах одной интерференционной полосы.

Йаиболее близким к предлагаемому является устройстBo для измерения амплитуды периодической разности хода лучей, содержащее фотоприемник, подключенный к осциллографу и счетчику числа интерференционных полос, и блок управления, в котором увеличение диапазона измерений достигается использованием метода счета числа интерференционных полос за 1/4 периода исследуемого йроцесса $2).

Недостатком этого устройства является низкая точность измерений, обу. словленная погрешностью усреднения результата счета полос эа m периодов исследуемого процесса.

Цель изобретения — увеличение точности измерений амплитуды периодической разности хода лучей.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее фотоприемник, подключенный к осциллографу и счетчику числа интерференционных полос, и блок управления, дополнитель3 89 но введены светопровод с Фотоприемником и счетчик периодов процесса, ппи этом вход све говода подключен к экрану осциллографа в точке, лежащей на осях симметрии синхронизированного изображения сигнала интерферометра, а выход его фотоприемника подключен к счетчикам числа полос и периодов процесса и блоку управления.

Функциональная схема интерференцирнного устройства изображена на чертеже.

Устройство содержит лазер 1, светоделитель 2, зеркала 3, фотоприемник

4, модулятор 5, камеру 6 давления, окна 7„ вибратор 8, градуируемый преобоазователь 9 давления, усилитель 10 мощности. генератор 11 сигйалов, счетчикк 12 периодов процесса, световод

13, дополнительный фотоприемник 14, счетчик 15 числа интерференционных полос, осцилпограФЪ, генератор 17 пилообразного напряжения и блок 18 упра- вления. При этом камера 6 давления установлена в измерительном плече интерферометра, модулятор 5 с подключенным к нему генератором 17 установлены в его опорном плече, светопровод

13 подключен к экрану осциллографа в точке, лежащей по осям симметрии изображения сигнала интерферометра, а выход фотоприемника 14 подключен к счетчикам 12 и 15 и блоку 18 управления.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от лазера 1 попадает на светоделитель 2 и делится на два пучка, один из которых попадает на зеркало 3 в измерительном плече, а другой — на зеркало 3, установленное в опорном плече интерферометра.

Отраженные от зеркал 3 пучки интерФерируют на светоделителе 2 и регистрируются фотоприемником 4. Перед измерением с помощью преобразователя в опорном плече интерферометра осуществляютт изменение разности хода по пилообразному зеркалу, а в камере 6 создают переменное давление с заданной амплитудой. Изменение разности хода лучей на участке пути между окнами обусловленное звуковым давлением, создаваемым вибратором 8 с помощью усилителя 10 мощности и генератора 11 приводит к периодическому смещению интерференционных полос на фотоприемнике 4, а приемник разности хода лучей за счет преобразователя 5 обе0068 4 спечи вает скаты вание интерференционнои каронны по пилообразному закону в точке ее наблюдения.

Перед началом измерений устанавливают нулевые показания счетчиков

12 и 5. При измерении амплитуды давления, пропорциональной амплитуде разности хода в камере 6 от генератора

17 с блока 18 управления поступает сигнал пуска. При этом на экране осциллографа 16 фаза синхронизированного изображения сигнала с интерфе орометра начинает изменяться по пилообразному закону. В момент, когда изо15 бражение сигнала на осиллографе 16 пересекает световод 13 на фотоприемник 14 попадает сигнал, который вырабатывает на его выходе, импульс запуска счетчиков 12 и 15 и тактовый импульс в релейной схеме блока 18 управления. Далее изображение сигнала с изменяющейся фазой движется в обратном порядке и занимает положение, при котором изображение сигнала второй раз пересакает точку контакта световода 13 с экраном осциллографа 16.

Возникающий при этом электрический импульс на выходе фотоприемника 14 готовит релейную схему в блоке 18 управления к остановке счетчиков l2 и 15.

35 ао

5О

В дальнейшем изображение сигнала занимает на экране осциллографа первоначальное положение, а фаза сигнала, после пуска счетчиков 12 и 15, изменяется точно на 360 . В этот же момент электрический импульс с фотоприемника l4 с помощью релейной схемы в блоке 18 управления вызывает команду "Стопн счетчиков 12 и l5 При этом на табло счетчика 12 регистрируется число, равное m периодов процесса в камере 6, а на табло счетчика

15 — число, равное Й интерференционных полос, прошедших перед щел ью фотоприемника 4 за время измерения. т.е. за те же m периодов, зарегистрирован-, ных счет чи ком 12. Сброс си гн алов со счетчиков 12 и 15 осуществляется командой с пульта 18 управления. Результаты измерения (значения m и М) позволяют вычислить амплитуду оптической разности хода лучей интерферометра g Впо формуле

890068

Формула изобретения

Амплитуда давления Р вследствие того, что P д Р определяется выражео нием

Р) — — К

5 ь0 где К вЂ” коэффициент, численно равный приращению давления в камере 6, при котором интерференционная картина смещается на одну полосу. 1О

Таким образом, устройство позволяет повысить точность измерения амплитуды разности хода лучей интерферометра не менее, чем на порядок по сравнению с известными устройствами.

Устройство в значительной мере решает проблему точного счета дробных долей интерференционных полос для случая изменения оптической разности хода лучей интерферометра по периодическому закону. Оно может быть применено, кроме установок для изме-: рения переменного давления, в образцовых вибростендах для измерения амплитуды вибрации и других установках и устройствах, в которых измеря-. емая величина изменяется по периодическому закону и является функцией оптической разности хода лучей при интерференции.

Устройство для измерения амплитуды периодической разности хода лучей в интерферометрах, содержащее фотоприемник, подключенный к осциллографу и счетчику числа интерференционных полос, и блок управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности измерений, в него дополнительно введены светопровод с фотоприемником и счетчик периодов процесса, при этом вход светопровода, подключен к экрану осциллографа в точке, лежащей на осях симметрии синхронизированного изображения сигнала интерферометра, а выход его фотоприемника подключен к счетчикам числа полос и периодов процесса и блоку управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

NÃ 667733883388, кл. G 01 В 9/02, 08. 08. 75.

2. Шумилин В. П., Авдеев Ф. Н.

Преобразователь давления, основанный на интерференциальном методе.-"Труды метрологических институтов СССР", вып. 223(283), 1978, с. 86-90 (прототип).

890068

Составитель А. медведев

ТехредЛ. Пекарь Корректор ц. Синицкая.

Редактор Л. Алексеенко филиал Ilnfl "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ.10948/62 Тираж 645 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, 8-35, Раушская наб., д. 4/5