Устройство для измерения линейных перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет уменьшения вероятности влияния на результат измерения дестабилизирующих факторов в оптическом тракте интерферометра. Лазер 1 формирует пучок излучения. Измерительный 2 и опорный 6 интерферометры формируют измерительную и опорную интерференционную картины. Генератор 11 формирует треугольные сигналы, поступающие на модулятор 12 длины хода лучей, осуществляющий возвратно-поступательное движение уголкового отражателя 4. Количество импульсов, снимаемых с фотоприемников 13 и 14 при прямом и обратном ходе уголкового отражателя 4, подсчитывается блоком 15 вычисления разностного сигнала с помощью реверсивных счетчиков 21 и 22. Разность показаний реверсивных счетчиков 21 и 22 характеризует величину перемещения объекта 34. После прекращения перемещения объекта 34 осуществляется подстройка фазы опорной интерференционной картины под фазу измерительной интерференционной картины с помощью блока 24 нахождения фазового рассогласования, привода 29, оптического компенсатора 10. Точная величина премещения объекта 34 определяется с помощью фазометра 25. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых перемещений различных объектов. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет уменьшения вероятности влияния на результат измерений дестабилизирующих факторов в оптическом тракте интерферометра. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - структурная схема фазометра; на фиг. 3 - временные диаграммы сигналов, формируемых на выходах отдельных узлов устройства. Устройство содержит оптически связанные лазер 1, измерительный интерферометр 2, выполненный в виде светоделителя 3, уголковых отражателей 4 и 5, установленных соответственно в опорной и измерительной ветвях измерительного интерферометра 2, опорный интерферометр 6, выполненный в виде дополнительных светоделителей 7 и 8, установленных в опорной и измерительной ветвях измерительного интерферометра 2, светоделителя 9, оптического компенсатора 10, установленного в измерительной ветви опорного интерферометра 6, генератор 11, модулятор 12 длины хода лучей, подключенный к генератору 11 и скрепленный с уголковым отражателем 4, фотоприемники 13 и 14, установленные соответственно в зонах формирования измерительной и опорной интерференционных картин, блок 15 вычисления разностного сигнала, выполненный в виде последовательно соединенных полосового фильтра 16, компаратора 17, вход полосового фильтра 16 подключен к фотоприемнику 13, последовательно соединенных полосового фильтра 18, компаратора 19, вход полосового фильтра 18 подключен к фотоприемнику 14, формирователя 20 вход которого подключен к генератору 11, реверсивных счетчиков 21 и 22, счетные входы которых подключены к выходам компараторов 17 и 19, управляющие входы реверсивных счетчиков 21 и 22 подключены к выходу формирователя 20, вычислительный блок 23, входы которого подключены к выходам счетчиков 21 и 22, блок 24 нахождения фазового рассогласования, выполненный в виде фазометров 25 и 26, входы которых подключены соответственно к выходам компараторов 17 и 19 и формирователя 20, выход фазометра 25 соединен с входом вычислительного блока 23, узел 27 сравнения, входы которого подключены к выходам фазометров 25 и 26, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 28, вход которого подключен к выходу узла 27 сравнения, привод 29, вход которого подключен к выходу ЦАП 28, выход привода 29 скреплен с оптическим компенсатором 10. Каждый из фазометров 25 и 26 выполнен в виде генератора 30, узла 31 формирования временного интервала формирователя 32 и счетчика 33. Измеряется линейное перемещение объекта 34, механически связанного с уголковым отражателем 5. Устройством работает следующим образом. Лазер 1 формирует когерентный пучок света. Первый пучок света проходит в опорной ветви измерительного интерферометра 2 светоделитель 3, уголковый отражатель 4 и вновь падает на светоделитель 3. Второй пучок света отражается в измерительной ветви измерительного интерферометра 2 от светоделителя 3, уголкового отражателя 5 и вновь падает на светоделитель 3. Проинтерферированные пучки света подают на фотоприемник 13. Третий пучок света, отразившись от светоделителя 7, падает на светоделитель 9, входящий в опорный интерферометр 6. Четвертый пучок света, отразившись от светоделителя 8, падает на светоделитель 9. Проинтерферированные пучки света подают на фотоприемник 14. Генератор 11 формирует сигналы треугольной формы, поступающие на вход модулятора 12 длины хода лучей. Модулятор 12 длины хода лучей формирует возвратно-поступательные колебания, которые передаются уголковому отражателю 4. Вследствие возвратно-поступательных продольных колебаний уголкового отражателя 4 происходит изменения длины хода лучей в опорных ветвях измерительного 2 и опорного 6 интерферометров. Электрические сигналы, снимаемые с фотоприемников 13 и 14, поступают на входы полосовых фильтров 16 и 18, выделяющих первую гармоническую составляющую. Сигналы с выходов полосовых фильтров 16 и 18 поступают на входы компараторов 17 и 19. Реверсивные счетчики 21 и 22 подсчитывают количество положительных фронтов импульсов, формируемых компараторами 17 и 19 при прямом ходе уголкового отражателя 4. Реверсивные счетчики 21 и 22 подсчитывают количество отрицательных фронтов импульсов, формируемых компараторами 17 и 19 при обратном ходе уголкового отражателя 4. При неподвижном объекте 34 количество положительных и отрицательных фронтов импульсов, формируемых компараторами 17 и 18, одинаково. Вычислительный блок 23 фиксирует разность между содержимым счетчиком 21 и 22. При неподвижном объекте эта разность равна нулю. При перемещении объекта 34 количество положительных и отрицательных фронтов импульсов, снимаемых с выхода компаратора 17, становится неодинаковым. В реверсивном счетчике 21 накапливается результат, пропорциональный величине перемещения объекта с учетом направления перемещения. Случайные помехи и дестабилизирующие факторы, имеющие место в оптическом тракте измерительного 2 и опорного 6 интерферометров, не приводят к изменениям в результате измерения, так как эти дестабилизирующие факторы одновременно отражаются на результатах, накапливаемых в счетчиках 21 и 22, и их разность равна нулю. После остановки объекта 34 осуществляется подстройка фазы электрического сигнала, снимаемого с фотоприемника 14 опорного интерферометра 6 под фазу электрического сигнала, снимаемого с фотоприемника 13 измерительного интерферометра 2. Фаза измерительной и опорной интерференционной картин измеряется фазометрами 25 и 26, входящими в блок 24 нахождения фазового рассогласования, путем измерения временного интервала между фронтом импульса, формируемого формирователем 20, подключенным к генератору 11, и первыми фронтами импульсов, формируемых компараторами 17 и 19. Измерение временных интервалов осуществляется с помощью узла 31 формирования временного интервала, который заполняется импульсами, формируемыми генератором 30. Количество импульсов подсчитывается счетчиком 33. Формирователь 32 осуществляет сброс счетчика 33 в каждом цикле модуляции интерференционных картин. Фазовое различие интерференционных картин определяется узлом 27 сравнения в цифровом виде. Разностный код преобразуется ЦАП 28 в напряжение, поступающее в привод 29. Привод 29 перемещает оптический компенсатор 10 до положения, при котором фазовое рассогласование интерференционных картин в измерительном 2 и опорном 6 интерферометрах становится близким к нулю. При фазовом выравнивании интерференционных картин измерительного и опорного интерферометров возможно изменение результата в реверсивном счетчике 22. Коррекция результата учитывается вычислительным блоком 23 с учетом знака. Дробное значение величины фазового сдвига интерференционной картины измерительного интерферометра 2, связанное с конечным положением объекта 34, считывается измерительным блоком 23 со счетчика 33, входящего в фазометр. Использование устройства позволяет повысить точность измерения за счет уменьшения вероятности влияния дестабилизирущих факторов на оптический тракт интерферометра. (56) Авторское свидетельство СССР N 586323, кл. G 01 B 21/00, G 01 B 11/00, 1974.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее оптически связанные лазер, измерительный и опорный интерферометры, имеющие общую ветвь, в которой установлен блок модуляции длины хода лучей, генератор, выход которого соединен с блоком модуляции длины хода лучей, измерительный и опорный фотоприемники, установленные в зоне формирования измерительной и опорной интерференционных картин, блок вычисления разностного сигнала, входы которого связаны с измерительным и опорным фотоприемниками, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет уменьшения вероятности влияния на результат измерения дестабилизирующих факторов в оптическом тракте интерферометра, оно снабжено блоком нахождения фазового рассогласования, измерительные входы которого связаны с измерительным и опорным фотоприемниками, а опорный вход связан с генератором, приводом, вход которого подключен к выходу блока нахождения фазового рассогласования, оптическим компенсатором, установленным в измерительной ветви опорного интерферометра и механически связанным с приводом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3