Способ автоматической интерполяции порядка интерференции и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является упрощение преобразования и конструкции. Измеряемое перемещение преобразуют с помощью оптико-электронного преобразователя в два интерференционных сигнала, сдвинутых по фазе на Π/2, третий сигнал получают инверсией одного из двух, подают три электрических сигнала на резистивный делитель, состоящий из n сопротивлений, и снимают с выходов делителя n электрических сигнала, сдвинутых по фазе на Π/n , формируют из n сигналов 2n импульсов на каждый порядок к интерференции. Устройство, реализующее способ, содержит интерференционный преобразователь, фотоприемник, связанный с электрической схемой, включающей генератор, два балансных смесителя, резистивный делитель из 16 сопротивлений, реверсивный счетчик, логический блок, индикатор. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к лазерной интерферометрии, и может быть использовано для определения дробной части интерференционной полосы в лазерном интерферометре.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ, заключающийся в том, что измеряемое перемещение преобразуют с помощью оптико-электронного преобразователя в n интерференционных сигналов, сдвинутых по фазе на π/n, формируют из n сигналов 2n импульсов на каждый порядок интерференции. Устройство, реализующее способ, содержащее интерференционный преобразователь, включающий лазер, два отражателя, светоделитель, оптический клин, акустооптический модулятор, фотоприемник и электрическую схему, включающую генератор, два балансных смесителя, логический блок, реверсивный счетчик и индикатор, и схему формирования.

Целью изобретения является упрощение электрической схемы.

Цель достигается тем, что в интерференционном преобразователе осуществляют формирование двух электрических сигналов, сдвинутых по фазе на π/2, и третьего сигнала, полученного инверсией одного из двух, преобразуют три электрических сигнала в резистивном делителе, и получают n электрических сигналов, сдвинутых по фазе на π/n.

В устройстве, реализующем способ, схема формирования выполнена в виде резистивного делителя с шестнадцатью сопротивлениями и инвертора, выходы балансных смесителей связаны с резистивным делителем таким образом, что выход одного балансного смесителя подключен к одному концу делителя непосредственно, а к другому концу - через инвертор, а выход другого балансного смесителя связан со средней точкой делителя, выходы резистивного делителя связаны с логическим блоком, а выход логического блока связан с реверсивным счетчиком.

На фиг. 1 представлена схема, поясняющая способ автоматической интерполяции порядка интерференции; на фиг. 2 - устройство, реализующее способ.

Согласно схеме, с выхода интерференционного преобразователя 1 поступают два сигнала, сдвинутых по фазе на π/2.

U₁ = U_max sin(kX), U₂= U_maxsin(kX + )= U_maxcos(kX), (1) где k = - оптическое волновое число; λ - длина волны света; U_max - амплитуда напряжения; Х - измеряемое перемещение.

После инвертирования сигнала U₁ на выходе инвертора 2 появится сигнал =U_maxsin(kX+Π) (2) Сигналы 1, 2 подаются на резистивный делитель 3, на выходе которого получаются сдвинутые по фазе на π/n сигналы. Резистивный делитель 3 состоит из n сопротивлений.

Сигналы, снимаемые с верхних по схеме n/2 сопротивлений, описываются выражениями: U_m= R_iU_maxsin kX+R_iU_maxcos kX=V_mU_maxsin (kX+ ), (3) где V_m= , a_m=R_i, b_m=R_i, tg = .

Для сигналов, снимаемых с нижних сопротивлений запишется такой же ряд сигналов, аналогичный (3), только все фазовые члены увеличатся на π/2.

Сигналы (3) поступают в логический блок 4, где из n сигналов получают 2n импульсов на порядок интерференции. Импульсы поступают на реверсивный счетчик 5 с индикатором 6.

Направление перемещения анализируется в логическом блоке по опережению или запаздыванию любых двух сигналов.

Индикатор представляет информацию о перемещении в дробных долях длин световых волн λ/2n в цифровом виде.

Таким образом, вместо n балансных смесителей в данном способе используется всего два и применение резистивного делителя упрощает схему.

Устройство работает следующим образом. Излучение монохроматического источника 1 разделяется на светоделительной грани куба 2 на два пучка - измерительный и опорный. Отразившись от измерительного 3 и опорного 4 отражателей, световые пучки совмещаются на светоделительной грани куба под углом α , задаваемым оптическим клином 5. Угол α выбирается равным углу дифракции световых волн на ультразвуке. После прохождения измерительного и опорного каналов интерферометра световые волны падают на акустооптический модулятор 6, в котором один из световых потоков, предположим, опорного канала, получают сдвиг оптической частоты (ω_o+Ω_o), а затем вместе с измерительным потоком частоты ω_o подается на фотоприемное устройство 10, где на частоте модуляции выделяется электрический сигнал
U_ф(t) = U_max cos (Ω_o t + kX). (4)
Генератор 7 стабильной частоты вырабатывает электрические сигналы опорной частоты Ω_o. На выходах генератора сигналы описываются выражениями
U_c = U_max cos (Ω_o t),
U_s = U_max sin (Ω_o t). (5)
Один из сигналов (5) подается на излучатель 9 ультразвуковых волн, создающий в акустооптическом модуляторе бегущие звуковые волны 8.

Сигналы U_c, U_s, сдвинутые на π/n по фазе, подаются на входы балансных смесителей 11, на вторые входы которых подается сигнал (4) с фотоприемника. С выходов балансных смесителей сигналы U_c, U_s, сдвинутые по фазе на π/2 подаются на резистивный делитель 13, состоящий из 16 сопротивлений таким образом, что прямой и инверсный сигналы с одного балансного смесителя подключены к противоположным концам делителя, а выход другого балансного смесителя связан со средней точкой делителя. Инвертор 12 сдвигает сигнал U_s по фазе на 180.

Снимаемые с каждого сопротивления электрические сигналы сдвинутые по фазе на π/n. Величины сопротивлений R1-R4, рассчитываются из системы уравнений:
= tg ,
= tg , (6)
^{_= tg} .

Сопротивления R₅-R₈ равны соответственно R₄-R₁. Поэтому для R₁ = 1 остальные сопротивления, рассчитанные по формулам (6), пропорциональны следующим коэффициентам R₁ = 1, R₂ = 0,765, R₃ = 0,65, R₄ = 0,6, R₅ = 0,6, R₆ = 0,65, R₇ = 0,765, R₈ = 1.

Остальные 8 сопротивлений равны первым 8 сопротивлениям.

На выходе резистивного делителя сигналы описываются выражениями:
U₁ = U_max cos (kX),
U₂=U_maxcos(kX+ ), (7)
U₃=U_maxcos(kX+ ),
. . . . . .

^U16^=Umax^cos(kX+ .

С выхода резистивного делителя сигналы (7) подаются на логический блок 14, в котором формируются 32 импульса на каждый порядок интерференции. За счет двойного хода луча дискретность отсчета перемещений составляет λ/64. В качестве устройства цифровой индикации 15 применяется серийный блок К525.

Формула изобретения

1. Способ автоматической интерполяции порядка интерференции, заключающийся в том, что измеряемое перемещение преобразуют с помощью оптико-электронного преобразователя в n интерференционных сигналов, сдвинутых по фазе на π / n формируют из n сигналов 2n импульсов на каждый порядок интерференции, отличающийся тем, что, с целью упрощения преобразования, в интерференционном преобразователе осуществляют формирование двух электрических сигналов, сдвинутых по фазе на π / 2 и третьего сигнала, полученного инверсией одного из двух, преобразуют три электрических сигнала в резистивном делителе и получают электрических сигналов, сдвинутых по фазе на π / n
2. Устройство автоматической интерполяции порядка интерференции, содержащее интерференционный преобразователь, включающий лазер, два отражателя, светоделитель, оптический клин, акустооптический модулятор, фотоприемник, и электрическую схему, включающую генератор, два балансных смесителя, логический блок, реверсивный счетчик и индикатор, и схему формирования, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, схема формирования выполнена в виде резистивного делителя с шестнадцатью сопротивлениями и инвертора, выходы балансных смесителей связаны с резистивным делителем, таким образом, что выход одного балансного смесителя подключен к одному концу делителя непосредственно, а к другому концу - через инвертор, а выход другого балансного смесителя связан со средней точкой делителя, выходы резистивного делителя связаны с логическим блоком, а выход логического блока связан с реверсивным счетчиком.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2