Интерферометр для измерения перемещений объекта

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ »>983450 э

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.07. 81 (21) . 3317111/25-28

Р }М К з с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 01 В 9/02

G, 01 В 11/00

Государственный комитет

СССР яо делам изобретений и открытий (53) УДК 531.715.1 (088. 8>

Опубликовано 2312.82. Бюллетень №47

Дата опубликования описания 23.12.82 (72) Автор изобретения

A.Ë. Старков

;-,-— я к

Институт электроники йи Белорусской ССР (71) Заявитель е (54) ИН1ЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕР;йА

Изобретение относится к контроль= но -измерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерения линейных перемещений объекта.

Известен интерферометр для измерения линейных перемещений объекта, содержащий источник света, систему для разделения светового пучка от источника света на две ветви, каретку, связываемую с объектом, отража-тельные системы в виде подвижных уголковых и плоских отражателей, расположенных на каретке, и неподвижных уголковых отражателей, отсчетное устройство, причем отражательные системы установлены в каждой ветви интерферометра и состоят из одного неподвижного уголкового отражателя и одного подвижного уголкового и плоского отражателя, расположенных на каретке так, что биссектрисы прямых углов .между отражающими гранями неподвижных и подвижных 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 1 .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является интерферометр для измерения перемещений объекта, содержащий последовательно расположенные и оптически взаимосвязанные источник монохроматического излучения, .светоделитель, оптический блок, связываемый с объектом, неподвижные отражатели, расположенные по обе стороны от оптического блока, светосоединитель, две диафрагмы и два фотоприемника. Оптический блок выполнен в виде двух одинаковых противоположно-ориентированных линзовых объективов и двояковогнутой линзы с отражающими поверхностями и радиусами, равными По величине фокусным расстоянием объективов. Неподвижные отражатели выполнены в виде прнэменного блока с нечетным числом отражений 12) .

Недостатком извЕстного интерферометра является низкая- точность измерения вследствие нестабильности ин25 терференционных полос, т.е. иэ-за их значительной неравноплечности и неидентичности, а также ограниченность диапазона измерения, так как требуется высокая монохроматичность и

30 когерентность источника света.

983450

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерения.

Поставленная цель достигается тем, На фиг. 1 изображена принципиаль- . ная схема интерферометра для измерения перемещений объекта; на фиг. 2 вид А на фиг. 1, 35

Интерферометр содержит последовательно расположенные и оптически взаимосвязанные монохроматический источник 1 излучения, например Не-Ne лазер, оптический блок 2, связываемый с объектом {не показан) и состоящий из светоделителя 3 и светосоединителя. 4, два неподвижных отражателя 5 и б, выполненных в виде двугранных зеркал и расположенных по .обе стороны от оптического блока 2, две диафрагмы 7 и 8 и два фотоприемника 9 и 10, .установленных на оптическом блоке 2 или неподвижно возле неподвиж ного отражателя 5 (пунктир ll). Светоделитель 3 и светосоединитель 4 жестко связаны между собой и с перемещающимся объектом и выполнены в виде прямоугольных параллелепипедов с тремя гладкими оптическими поверхностями à, b с у светоделителя, и а„, b, с у светосоединителя 4 с полупрозрычным отражающим покрытием на поверхностях b и Ь> .

Полупрозрачные отражающие поверхности b и Ь(расположены параллельно друг другу и под углом 45» к направлению перемещения объекта (направление перемещения измеряемого объекта на фиг. 1 указано двойной стрелкой под светоделителем 3)„

60 что в интерферометре для измерения перемещений объекта, содержащем по- 5 следовательно расположенные; и оптически взаимосвязанные источник монохроматического излучения, светоделитель, оптический блок, связываемый с объектом, неподвижные отражатели, (Q расположенные по обе стороны от оптического блока, светосоединитель, две диафрагмы и два фотоприемника, оптический блок образован светоделителем и светосоединителем, которые жестко соединены между собой и каждый иэ которых выполнен в виде прямоугольного .параллелепипеда с тремя гладкими оптическими поверхностями, на одном из которых нанесено полупрозрачное отражающее покрытие, оптические поверхности с нанесенными на них полупрозрачными отражающими покрытиями каждого параллелепипеда расположены параллельно одна. другой и установлены под углом 45 к направлению перемеще- 5 ния объекта, а неподвижные отражатели выполнены в виде двугранных зеркал, ребра которых расположены под углом 45 > к оптическим поверхностям параллелепипедов. ЗО

Прямоугольные параллелепипеды, образующие светоделитель 3 и светосоединитель 4, двумя большими гранями обращены друг к другу и сдвинуты на величину Н (фиг, 1), равную, например, диаметру светового пучка. Ребра К двугранных зеркал, представляющих собой неподвижные отражатели, 5 и б, расположены под углом 45 к оптическим поверхностям Ь и Ь светоделителя 3 и светосоединителя 4 ° Оптический блок 2 расположен на середине измеряемой величины объекта и симметрично между неподвижными отражателями 5 и б.

Предложенный интерферометр работает следующим образом.

Пучок света от источника 1 монохроматического излучения (фиг. 1) падает на светоделитель 3, на грань а, преломляется ею и проходит до полупрозрачной отражающей поверхности

b где делится на два пучка: проходящий и отраженный. Проходящий идет на неподвижный отражатель 5, возвращается им параллельно самому себе на светосоединитель 4, на грань а, где преломляется ею, и далее, отразившись от грани с (пунктир на фиг. 1), попадает на полупрозрачную отражающую поверхность Ь, Отраженный пучок отражается от грани с, вновь преломляется гранью а>, падает Ма неподвиж4 ный отражатель б, возвращается им параллельно самому себе на светосоединитель 4, на полупрозрачную поверхность b . Оба пучка еще раз делятся, интерферируют и проходят частично на фотоприемники 9 и 10, через диафрагмы ? и 8 соответственно.

При перемещении оптического блока 2 длина хода луча в одной оптической ветви увеличивается, а в другой уменьшается на ту же величину, а разность хода лучей в плечах интерферометра будет равна учетверенной величине. Измеряемая длина 8= N -" - где И=количество интерференционных полос, прошедших относительно диафрагмы 7 или 8; длина волны излучения источника 1 монохроматического излучения.

Для реверсивного счета интерференционных полос синусоидальные сигналы с фотогриемников 9 и 10 сдвигают по фазе путем перемещения диафрагм 7 и 8 перпендикулярно интерференционным полосам. В начале и в конце измерения величины 1 разность хода между двумя пучками составляет 2f.

Таким образом, предложенный интерферометр позволяет измерять расстояние в два раза большее чем известный.

Повышение точности достигается путем стабилизации интерференционной картины, т.е . ширина полос и их наклон не меняются в процессе измерения, а дрейф нуля значительно умень983450

Формула изобретения

Фиг. 1

Вил

ФФВ. 2

ВНИИПИ Заказ 9890/46 . Тираж 614 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 шен. Стабилизация улучшена тем, что интерферометр нечувствителен к небольшим эаклонам подвижной каретки (не показана), а также вследствие максимальной компенсации хода лучей в плечах интерферометра. Известно, что несимметрия плеч интерферометра вносит значительную погрешность в измерения, т.е. дрейф нуля !, В данном интерферометре разность хода в стекле отсутствует, а неравность плеч максимально уменьшена, что в итоге повышает точность измерения в несколько раз.

Интерферометр для измерения пере,мещений объекта, содержащий последова тельно расположенные и оптически вза- 20 имосвязанные источиик монохроматичес кого излучения, светоделитель, оптический блок) связываемый с объектом, неподвижные отражатели, расположенные по обе стороны от оптического 25 блока, светосоединитель, две диафрагмы и два фотоприемника, о т л ич а ю шийся тем, что, с öåëüâ ïîвышения точности и расширения диапазона измерения, оптический блок образован светоделителем и светосоединителем, которые жестко соединены между собой и каждый из которых выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда с тремя гладкими оптическими поверхностями, на одном из кото-. рых нанесено полупрозрачное отража;гщее покрытие, оптические поверхности с нанесенными на них полупрозрачными отражающими покрытиями каждого параллелепипеда расположены параллельно одна другой и установлены под углом 45 к направлению перемещения объекта, а неподвижные отражатели выполнены в виде двугранных зеркал, ребра которых расположены под углом

45 к оптическим поверхностям параллелепипедов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 407185, кл. G Ol В 9/02, 1973

2. Авторское свидетельство СССР

9 587320, кл. G Ol В 9/02, 1978 (прототип).