Интерференционный измеритель перемещений

 

Союз Советскик

Социапистических

11еспубпик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<11>877325

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву

Р1)М. К,.

6 01 В 21/00 (22) Заявлено 14.0180 (21) 2 871713/18-28 с присоединением заявки М— (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

Опубликовано 30.10.81. Бюллетень 8940

Дата опубликования описания (53) УДК 531.71 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Н.И.Азаренков и В.Б.Поляков (71) Заявитель (54) ИНТЕРФЕРЕНБИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к оптической интерферометрии и может быть использовано для измерения малых vr-. ловых колебаний ультразвуковых и электроакустических преобразователей, в частности, оптических фазовых модуляторов с пьезоэлектрическим, электромагнитным, электродинамическим, магнитострикционным и т.д..приводом.

Известно интерферометрическое устройство, которое содержит источник иэлччения. интерФеренционную систему, два фотоприемника и cxeMv обработки сигналов, состоящчю иэ последовательно соединенных дифференциального усилителя, демодулятора и ре-, гистрирующего блока j1) .

При использовании данного устройства для измерения угловых перемещений колеблющегося отражателя интерференционной системы не обеспечивается высокая точность измерений,так. как появляются ошибки, связанные с переюстировкой интерференционной системы и влиянием постоянных вибраций и флуктуаций показателя преломления воздуха.

Наиболее близким к предлагаемому является интерференционный иэмеритель перемещений, содержащий источник излучения, установленную по ходч светового луча интерференционнукт . систему, включающую в себя зеркало, связываемое с исследуемым объектом, диафрагму и Фотоприемник, схему обработки сигналов, состоящчю из двух идентичных каналов, содержащих соединенные последовательно избирательный усилитель и детектор, генератора и отсчетного блока (2j.

Бель изобретения — повышение точности измерений угловых перемещений..

Поставленная цель достигается

15 тем, что интерференционный измеритель перемещений снабжен второй диафрагмой и вторым фотоприемником, соединенными последовательно тригге ром, блоком формирования импульсов .

20 запрета, генератором пилообразного напряжения и электрическим модулято ром, предназначенным для подключения к исследуемому объекту, а в каждый канал схемы обработки сигналов введены соединенные последовательно триггер Шмидта и диФференцирующий блок, вход триггера Шмидта подключен к выходч детектора, вход каждого иэ каналов схемы обработки

30 сигналов подключен к соответствующе877325 му фотоприемнику, а выход — к триггеру. который подключен к отсчетному блоку, а вход электрического модулятооа соединен с входом генератора.

На фиг. 1 представлена схема интерференционного измерителя перемещений-, на Фиг. 2 — приведены временные диафрагмы напряжений.

Устоойство состоит иэ источника

1 излучения, оптически связанной с ним интерФеренционной системы 2, состоящей нз оптически связанных от" ражателя 3, первого оптического телескопического узла, составленного из длинноФокусного и коооткофокусного объективов 4 и 5, полупроэрачного зеркала 6 . второго оптического телескопического узла, составленного из короткоФокчсного и длиннофокуаного объективов 7 и 8, третьего оптического телескопического узла, составленного из короткофокусного и длиннофокусного объективов 9 и 10 и зеркала 11, двух диафрагм 12 и 13, установленных на выходе интерференционной системы 2, двух фотоприемников 14 н 15 и схемы обработки сигналоч, содержащей два избирательных усилителя 16 н 17, два детектора 18 и 19,. два триггера 20 и 21 Шмидта, два днфференцирующих блока 22 и 23, триггер 24, отсчетный блок 25,электрический модулятор 26, генератор 27: пилообоазного напряжения, блок 28

Формирования импульсов запрета и генератор 29. устройство работает следуюшим образом.

Поток излучения от источника 1 с помощью полупрозрачного зеркала б делится на два потока, которые направляются в первый и второй опти-. ческие узлы 4 и 5 и 9 и 10 соответственно. Каждый из этих телескопических узлов расширяют падакщие на них потоки излучения и направляют их на отражатель 3 и зеркало 11.

После отражения от отражателя 3 и зеркала 11 разделенные потоки излучения возвращаются в телескопические узлы 4 и 5 и 9 и 10, после fipoхождения через которые они сужаются до первоначального размера в попеоеч ном сечении и совмещаются на полупрозрачном зеркале б. Совмещенные потоки излучения полупрозрачным зеркалом б направляются в третий опти-:. ческий телескопический узел 7 и 8, который расширяет их до тех же размеров в поперечном сечении, которые они имеют в плоскости зеркала 11.

Генератор 29 вырабатывает электрическое напряжение гармонической

Формы с той частотой, на которой испытывается исследуемый объект 30 электроакустический или ультразвуковой преобразователь), с которым связывается зеркало 11 интерФеренционной системы 2. Напряжейие с выхода генератора 29 подается на электРичес кий модулятор 26, на второй вход которого подается сигнал от генератора

27 пилообразного напряжения. На выходе электрического модулятора 26, таким образом, имеет место гармоническое напряжение (например синусоидальной Форэм), модулированное llo амплитуде по пилообраэноью закону (фиг. 2а). Это напряжение подается далее на исследуемый объект 30, с которым связывается зеркало 11. Зеркало 11, таким образом, колеблется и осуществляет модуляцию разности Фаэ потоков излучения интерферирующих

15 в плоскости диафрагм 12 и 13. С помощью диафрагм 12 и 13 и фотопприемников 15 и 14 осуществляется преобразование изменений интенсивности в интерФеренционной картине в электри20 ческий сигнал на выходе Фотоприемников 14 и 15, который затем поступает на выходы избирательных усилителей

16 и 17 соответственно, настроенных на частоту сигнала, вырабатываемого генератором 29. В случае строго поступательных колебаний зеркала 11 сигналы на выходе обоих избирательных усилителей 16 и 17 будут полностью идентичны. При наличии угловых колеО баний зеркала 11 амплитуды его линей.ных (вдоль оптической оси) перемещений в различных точках колеблющейся поверхности будут различны.: Это при1 ведет к тому. что амплитуды сигналов на выходе избирательных усилите лей 16 и 17 будут обращаться в нуль в различные моменты времени. При этом, чем больше амплитуда угловых колебаний зеркала 11, тем больше промежуток времени будет разделять

40 моменты равенства нулю амплитуд сигналов на выходе избирательных усилителей 16 и 17, т.е. указанный промежуток времени. служит мерой амплитуды угловых колебаний зеркала 11, свя45 зываемого с исследуемым объектом 30.

С выхода избирательных усилителей

16 и 17 сигналы поступают на детекторы 18 и 19 соответственно, которые выделяют огибающую сигналов (фиг.

2 б и в). С выхода детекторов 18 и.

19 эти. напряжения подаются на триггеры 20 и 21 Шмидта которые осуществляют формирование йапряжений прямоугольной формы (фиг. 2 г и д).После дифференцирования этих напряжений

55 с помощью дифференцирующих блоков

22 и 23. на их выходе получают короткие импульсы, соответствующие моментам времени, в которые амплитуда сигнала иа выходе избирательных уси60 лителей 16 и 17 становится равной нулю (фиг. 2 е и ж). Эти импульсы подаются далее на триггер 24 с раздельными входами, который формирует измерительный импульс (фиг. 2 з), 65 длительность. которого пропорционапь877325 на амплитуде угловых колебаний зеркала 11. После измерения длительнос ти этого импульса с помощью отсчетного блока ?5 амплитуду измеряемых угловых колебаний определяют по сле- . дующей формуле 5

4мо . и ьЧ=к р — (— -, где 9 - амплитуда колебаний зеркаИМО ла 11, при которой амплитуда напряжения на выходе 10 избирательных усилителей

16 и 17 обращается в нуль;

К - отношение максимальной амплитуды колебаний зеркала 11 к величине Г; — коэффициент увеличения оптической системы, состоящей иэ оптических телескопических узлов 9 и 10 и

7и8; расстояние между центрами 20 диафрагм 12 и 13; — длительность информациони ного импульса, измеренная отсчетным блоком 25; с — длительность прямого хода 25

Il пилообразного напряжения на выходе генератора 27.

Пля исключения ложных срабатываний отсчетного устройства 25 во вре;мя обратного хода пилообразного напряжения, подаваемого на злектричесКий модулятор 26 от генератора 47,на триггер 24 от блока 28 формирования импульса запрета подается запирающее напряжение, которое действует только 35 во время обратного хода пилообразного напряжения.

Таким образом, благодаря тому, что в предлагаемом устройстве измерение угловых перемещений электроакустических и Ультразвуковых преобразова- 40 телей осуществляется путем сравнения амплитуд линейных (направленных вдоль оптической оси интерференционной системы) колебаний, измеренных одновременнб по крайней мере в двух различ-. 4 ных точках поверхности испытуемого образца, и так как при этом устраняются погрешности, связанные с переюстировкой интерференционной системы, и ослабляются погрешности, обУсловленные влиянием посторонних вибраций, флуктуаций .показателя преломления воздУха фазовой и амплитудной неста1 бильности источника излучения и т.д., повышается точность измерений угловых

I перемешений. Кроме того, за счет использования для отсчета значений амп« литуд колебаний различных точек поверхности испытуемого образца моменТоВ времени, в которые амплитуда первой гармоники сигнала модулирующей частоты на выходе фотоприемных устройств обращается в нуль, исключается воэможность влияния посторонних вибраций и других дестабилиэирующих факторов, что также обеспечивает по-. вышение точности иэмеюений угловых колебаний испытуемого объекта по сравнению с известным Устройством.

Формула изобретения

Интерференционный измеритель пере мещений, содержащий источник излучения, установленную по ходу светового. луча интерференционную систему,включающую в себя зеркало, связываемое с исследуемым объектом, диафрагму и. фотоприемник, схему обработки сигналов, состоящую из двух идентичных каналов, содержащих соединенные последовательно избирательный усилитель и детектор. генератора и отсчетнаго блока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений угловых перемещений. он снабжен второй диафрагмой и вторым фотоприемником, соединенными последовательно триггером, блоком формирования импульсов запрета, генератором пилообразного напряжения и элект; рическим модулятооам, предназначенным для подключения к исследуемому объек; ту, а в каждый канал схемы обработки сигналов введены соединенные последовательно триггер Шмидта и дифференцирующий блок, вход триггера

Шмидта подключен к выходу детектора, вход каждого из каналов схемы обработки сигналов подключен к соответствующему фотоприемнику, а выход — к триггеру, который подключен к отсчетномУ блоку, а вход электрического модулятора соединен с входом генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Швеции 9 331493, кл. Н 04 23/00, 1971.

2. Asторское свидетельство СССР

Р 382917, кл. G 01 В 9/02, 1973 (прототип).

U .Ж

ff д

Ф z„ ti

Фи Я

ВНИИПИ Заказ 9597/63 Тираж 641 Подписное филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4