Интерференционный способ измерения перемещения

 

Изобретение относится, к оптическому приборостроению и может использоваться для геодезических интерференционных измерений расстояния . Целью изобретения является повышение достоверности результатов измерения перемещения и измерения также и положения объекта. Формируют поток оптического излучения в виде ряда световых пучков,направляют на обьект ряд пучков, представляющих набор дифракционных.порядков, получают интерференционную картину в зоне нахождения объекта, изменяют угловое расположение пучков один относительно другого, регистрируют . изменение амплитуды пространственной гармоники интерференционной картины , фиксируют экстремальное значение этой амплитуды и одновременно фиксируют пространственную частоту , соответствующую угловому расположению пучков, и определяют контролируемый параметр. 3 ил. с @ (О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) (51) 4 G 01 В 9/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3639597/25-28 (22) 05,09.83 (46) 15,04.86. Бюл. Ф 14

{71) Ордена Трудового Красного Знамени экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков и Моск&вский ордена Трудового Красного Знамени автомобильнодорожный институт (72) Б.М. Потапов, А.С. Бернштейн и В.А. Воробьев

{53) 535.411 < 088.8) (56) Кондрашков А.А. Интерференция света и ее применение в геодезии.

М.: Геодезиздат, 1956, с. 63.

Коломийцев Ю.B. Интерферометры.

М.: Машиностроение, 1976, с. 52-58. с. (54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫИ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ (57) Изобретение относится. к оптическому приборостроению и может использоваться для геодезических интерференционных измерений расстояния. Целью изобретения является повышение достоверности результатов измерения перемещения и измерения также и положения объекта. Формируют поток оптического излучения в виде ряда световых пучков, направляют на объект ряд пучков, представляющих набор дифракционных.порядков, получают интерференционную картину в зоне нахождения объекта, изменяют угловое расположение пучков один от носительно другого, регистрируют: изменение амплитуды пространственной гармоники интерференционной картины, фиксируют экстремальное значение этой амплитуды и одновременно фиксируют пространственную частоту, соответствующую угловому расположению пучков, и определяют контролируемый параметр. 3 ил.

1224569

Изобретение относится к оптичео

:кбму приборостроению и может быть использовано, в частности, для геодезических интерференционных измерений расстояния. 5

Цель изобретения - повышение достоверности результатов измерения перемещения и измерения также и по-, ложения объекта.

На фиг. l приведена схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - график распределения амплитуды гармоники интерференционной картины в направлении распространения света; на фиг. 3— графики распределения амплитуды гармоники интерференционной картины при различных угловых распростра нениях пучков (y и 0,05,а 0 15)

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит последовательно расположенные источник 1 света, создающий световой поток 2 когерентного света, управляемлй транспарант 3, перестраиваемый по частоте блоком 4, ряд 5 световых пучков, содержащий оптические неоднородности .6, фотоприемный блок 7 и блок 8 регистрации и индикации, один иэ входов которого связан с 30 выходом блока 4. В качестве управляемого транспаранта 3 может исполь" зоваться периодический пространственный или пространственно-временной модулятор света с оптическим, электрическим или механическим управлением.

В применении к ряду, сформирован" ному из 3-х световых пучков, способ осуществляют следующим образом. 40

Формируют от источника 1 света поток 2 оптического излучения, формируют из потока 2 ряд 5 световых пучков. Направляют на объект ряд 5 пучков, предстваляющий собой 45 ,набор дифракционных порядков, возникающих при дифракции на управляемом транспаранте, период которого равен A

В случае образования только 3-х порядков один из них (центральный) . распространяется вдоль направления измерения, а два других (боковые) составляют угол (.соответственно.

Интерференция центрального пучка с каждым из боковых приводит к созданию в плоскости, перпендикулярной направлению измерения, сину

I,(Х,Е?=*2Е,Е, cosj < (X+Ztg2 ) +

2а

+ - о1, (2) ;Х,Z) 2E„E

2 са (3) где Е., Е,, Е„, V, 9 P. „

- амплитуды и начальные фазы центрального и боковых световьгхпучков соответственно.

Положим для простоты, что E,-=Е

=Е, и P,,= P,, и получаем выраженйе для суммарной интенсивности в виде

I(X,Z) I„,(Х,Е)+Х (Х,Z)

2 т 2lt

4Е cos (— -X) cos (Ztg- ) ° (4) о .Л Л 2

Из формулы (4) следует, что амплитуда интенсивности интерференционной картины периодически изме няется с изменением Z а положение нулевых значений (Х, Z) - точек соидальных полос с пространственным шагом А, где Л определяется Д из соотношения .Л = —.—, где h—

sino длина световой волны. Полосы, образованные интерференцией боковых пучков между собой, имеют в два .раза меньший пространственный период (А/2), могут быть отфильтрованы и в дальнейшем анализе не учитываются, Интенсивность интерференционной картины, образованной двумя пучками, описывается выражением

I I„+Х .2E„E cos(у - м,), (1) где I,, Е., <. - интенсивности, амплитуды и фазы отдельных пучков соответственно.

Первые два слагаемых в формуле (1) описывают постоянную составляю щую, а третье - интерференционные полосы.

Если найравить ось Z по направлению перемещения, а ось Х таким образом, чтобы направления распространения боковых пучков лежали в плоскости XOZ, то интенсивность интерференционных полос в соответствии с формулой (1) описывается выражения ми /

1224569 минимума - однозначно определяется углом расположения пучков (о ) или связанной с a(пространственной час1 sin oc тотой U= — -= — — —. Использование

Л Л большого числа пучков в ряду 5 поз, воляет полуЧить более резко выраженные экстремальные точки.

Получают интерференционную картину на входе фотоприемного блока 7, скрепляемого с контролируемым объектом. Изменяют угловое расположение пучков один относительно другого, например, путем уменьшения периода транспаранта с помощью блока 4.

При этом оптические неоднородности б, представляющие собой экстремальное значение амплитуд пространственных гармоник интерференционных полос, перемещаются в направлении к транспаранту. Регистрируют изменение амплитуды пространственной гармоники интерференционной картины фиксируют в блоке 8 одновременно экстремальное значение амплитуды выходного сигнала фотоприемника и пространственную частоту, соответствующую угловому расположению пучков.

Определяют контролируемый параметр по значению пространственной частоты, соответствующей экстремальному значению амплитуды выходного сигнала фотоприемника.

Способ основан на суммировании интерференционных синусоидальных полос одинаковой частоты, сдвиг пространственных фаз которых между собой зависит от контролируемого, расстояния и от пространственной частоты, определяющей угловое расположение пучков..

При применении в качестве управляемого транспаранта фазовой синусоидальной решетки сдвиг начальных фаз центрального и боковых порядков составляет Тп /2. Зависимость ампли.туды гармоники интенсивности

Х(Х,Z) от Е для этого случая приведена на фиг. 2. Экстремальные точки располагаются на оси Z с периодом

Л/Л °

Если изменение пространственной

1 частоты начинать с U мин Л„,„, такой, что период 1/Л П заведомо больше измеряемого расстояния L, то определенное блоком 8 в момент . появления на выходе блока 7 первого минимума значение U однозначно опре1 деляет значение L=

A 11й

Для увеличения точности измере-, ния можно определить L в момент появления и-го минимума, тогда

15 L=> — . В промежутках между измерениями допускается перемещение объекта с произвольной скоростью.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет измерять. расстояния или перемещения до нескольких десятков метров и обладает возможностью абсолютного измерения, что повышает достоверность результатов и дает возможность измерить также и положение объекта.

Формула изобретения

Интерференционный способ измерения перемещения, заключающийся в том, что формируют поток оптического излучения, направляют его на объект и определяют контролируемый

35 параметр, отличающийся тем, что, с целью повьппения достоверности результатов измерения перемещения и измерения также и положения объекта, формируют поток излучения

40 в виде ряда световых пучков полуЭ чают интерференционную картину в зоне нахождения объекта, изменяют угловое расположение пучков .один относительно другого, регистрируют

45 амплитуду пространственной гармони» ,ки интерференционной картины, фиксируют экстремальное значение этой амплитуды и одновременно с этим фиксируют пространственную частоту, 50 соответствующую угловому расположению пучков, и определяют контролируемый параметр по значению простраа ственной частоты, соответствующей экстремальному значению амплитуды.

1224569

Составитель Н. Захарченко

Редактор А. Orap Техред Н.Бонкаяо Корректор А. Обручар

Заказ 1913/36 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4