Интерференционное устройство для измерения перемещений

 

Союз Советсиик

Социаиистмчесиик

Респубяии

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<и911142 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22)Заявлено 16.01.80 (21) 2870981/25-28 (5! }A1. Кл. с присоединением заявки.яв (23) Приоритет

G 0l В 11/00

1ЬвударетеенныВ квинтет

CCCP аю двяеи нэебретеннй и етернтнй

Опубликовано 07 . 03 . 82 . Бюллетень М 9 (53) УДК 531.715 °

° 1 (088, 8) Дата опубликования описания 07.03.82!

С.Д. Рыжков, В..И.Гуляев, Л.А. Чуча и Л;Н. Лободанов

t

Центральная ордена Трудового Креетчето-Энвменм генетическая лаборатория им. И.В. Мичурина (72) Авторы . изобретения (71) Заявитель (4) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения величины малых перемещений, которое может быть.использовано при проведении научных исследований, например при изучении реакции биологическйх объектов на воздействие различных физико-химических раздражителей.

Известно устройство для измерения перемещений, построенное по схеме интерферометра Майкельсона, и содержащее источник монохроматического излучения,.светоделитель, два отражателя в виде плоских зеркал, один из которых скрепляется с измеряемым объектом, а второй установлен неподвижно, и фотоэлектрический блок регистрации интерференционной картины (1 1.

Недостатком известного. устройства является низкая точность измерений, обусловленная его высокой чувствительностью к внешним дестабилизирующим факторам: вибрации, температурные градиенты и др.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и решаемой задаче является интерференционное устройство для измерения перемещений, содержащее основание, оптически связанные источник монохроматического излучения, светорасщепитель, первый

- отражатель, скрепляемый с измеряемым объектом, размещаемым на основании, и первый фотоприемник, образующие из" мерительный канал, второй отражатель, установленный на основании, и второй фотоприемник, образующие компенса" ционный канал, третий отражатель, оптический элемент, электромеханический преобразователь, подключенный к выходу второго фотоприемника, и блок регистрации, связанный с выхоl дом первого фотоприемника (2 .

Недостатком известного устройства является сравнительно низкая точность измерений, обусловленная тем, что xo-, i

1142

15 тя оно и позволяет скомпенсировать изменение оптической длины пути лу- чей в измерительном канале, вызываемое неконтролируемыми поступательными смещениями оптических элементов устройства и изменением температуры окружающей среды, но не в состоянии компенсировать случайные угловые сме" щения оптических элементов устройства и составляющую температурного гра1диента в направлении, перпендикулярном измерительному каналу.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено платформой и установленным на нем плоским зеркалом, расположенным в ходе лучей от источника под углом к его оптической оси, третий отражатель установлен на основании между первым и вторым отражателями, а светорасщепитель ориентирован отражающей гранью параллельно плоскому зеркалу и установлен на платформе, выполненной с возможностью поворота вокруг оси, параллельной зеркалу и перпендикулярной оптической оси источника, и скрепленной с электромеханическим преобразователем.

На чертеже показана принципиальная схема одного из возможных вариантов интерференционного устройства для измерения перемещений.

Устройство содержит источник монохроматического излучения, платформу 2 и установленные на ней плоское зеркало 3 и сееторасщепитель 4, первый отражатель 5, основание 6 и установленный на нем второй отражатель 7, третий отражатель 8, оптический элемент 9, первый фотоприемник 10 и связанный с его выходом блок 11 регистрации, второй фотоприемник 12 и подключенный к его выходу электромеханический преобразователь 13.

Отражатель 5, скрепляемый с измеряемым объектом 14, размещаемым на.основании 6, и фотоприемник 10 образуют измерительный канал. Отражатель 7 и фотоприемник 12 образуют рабочий канал. Отражатель 8 установлен на основании 6 между отражателем 5 измерительного канала и отражателем 7 рабочего канала.

Светорасщепитель 4 выполнен в виде плоскопараллельной пластины, 20

35 0

so

4 на одну из граней которой нанесено отражающее покрытие, и ориентирован параллельно зеркалу 3, расположенному в ходе лучей от источника 1.Платформа 2 выполнена с возможностью поворота вокруг оси, параллельной зеркалу 3 и перпендикулярной оптической оси источника 1, и скреплена с электромеханическим преобразователем 13.

Оптический элемент 9 имеет две отражающие грани, обеспечивающие прохождение лучей в измерительном и компенсационном каналах на фотоприемники 10 и 12 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Зеркало 3 направляет пучок излучения источника i в светорасщепитель

4, который делит их на три параллельных друг другу пучка. Каждый из пучков падает соответственно на один из отражателей 5, 7 и 8, которые направляют их обратно в светорасщепитель 4. Светорасщепитель 4 объединяет попарно пучки лучей, поступающие от отражателей 5, 8 и 7, 8 с об.— разованием двух интерференционных картин, а зеркало 3 и оптический элемент 9 направляют их на фотоприемники 10 и 12 соответственно.

Поступательное смещение отражателя 5, обусловленное воздействием измеряемого объекта 14,изменяет разность хода интерферирующих пучков в измерительном канале, что вызывает перемещение полос интерференционной картины на чувствительной площадке фотоприемника 10, а следовательно появление на его выходе электрического сигнала, пропорционального смещению отражателя 5, и фиксируемого блоком 11.

Изменение разности хода интерферирующих пучков в компенсационном канале, обусловленное воздействием дестабилизирующих факторов, вызывает перемещение полос интерференционной картины на чувствительной площадке фотоприемника 12, а следовательно появление на его выходе электрического сигнала рассогласования. Сигнал рассогласования приводит е действие электромеханический преобразователь 13, который разворачивает платформу 2 с установленными на ней зеркалом 3.и светорасщепителем 4 в положение, обеспечивающее уменьшение сигнала

9»142 6 новании 6 между отражателями 5 и 7 позволяет повысить точность измерений за счет компенсации влияния дестабилизирующих факторов. рассогласования до нуля, компенсируя тем самым разность хода интер-, ферирующих пучков, вызванную воздействием дестабилизирующих факторов. 5

Поворот платформы 2 изменяет разность хода интерферирующих пучков в измерительном и компенсационном каналах в противо(,оложных направлениях на одинаковую величину, в связи 10 с чем неконтролируемые угловые смещения оптических элемейтов устройства и составляющая температурного градиента в направленииь перпендикулярном измерительному каналу при- 15 водящие к равным по величине, но противоположным по направлению изменениям разности хода в измерительном и компенсационном каналах, компенсируются. 20

Поступательные неконтролируемые перемещения оптических элементов устройства и общие изменения температуры окружающей среды не вызывают появления дополнительной разности 2$. фаз в измерительном и компенсационном каналах, и следовательно, не требуют компенсации.

Для устранения влияния на точность измерений изменений интенсив- зв ности источника 1 излучения каждый . из фотоприемников 10 и 12 целесообразно выполнять в виде двух парных . фотодатчиков, включенных по балансной схеме с установленными перед ними щелевыми диафрагмами, а отражатель

8 выполнять со ступенькой М/4, где

А - длина волны используемого излучения.

Для повышения чувствительности из-go мерений отражатель 5 может быть Bbl полнен по схеме Рентча, уголковый отражатель которой, скрепляемый с контролируемым объектом, связан с рь1чагом, сбалансированным относитель-<> но точки его опоры.

Снабжение известного устройства плоским зеркалом 3, установленным на платформе 2, скрепленной с электромеханическим преобразователем 13, а также размещение отражателя 8 на осФормула изобретения

Интерференционное устройство для измерения перемещений, содержащее основание, оптически связанные источник монохроматического излучения и. светорасщепитель, первый отражатель, скрепляемый с измеряемым объектом, размещаемым на основании, и первый фотоприемник, образующие измерительный канал, второй отражатель, установленный на основании, и второй фотоприемник, образующие компенсационный канал, третий отражатель, оптический элемент, электромеханичес,кий преобразователь, подключенный к выходу второго фотоприемника,и блок регистрации, связанный с выходом первого фотоприемника, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений,оно снабжено платформой и установленным на ней плоским зеркалом, расположенным в ходе лучей от источника под углом к его оптической оси, третий отражатель установлен на основании между первым и вторым отражателями, а светорасщепитель ориентирован отражающей гранью параллельно плоскому зеркалу и установлен на платформе, выполненной с возможностью поворота вокруг оси, па/ раллельной зеркалу и перпендикулярной оптической оси источника, и скрепленной с электромеханическим преобразователем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Митрофанов А.С. Применение лазеров в -машиностроении и приборостроении. й., "Машиностроение", 1978, с. 238.

2. Авторское свидетельство СССР

Г 679789, кл. С 01 В 11/00, 17.02.78 (прототип).

911142 Тираж 614 . Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 О М ква Ж- Ра ская наб. . 4/

3 35, ос, 35, уш, д 5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,4

Редактор Н. Рогулич

Заказ 1095/21

Составитель О. фомин

Техред А.Бабинец Корректор M. Коста