BG66480B1 - Laser device for distant measurement of creep translation of object employing a wedge-shaped interference structure - Google Patents
Laser device for distant measurement of creep translation of object employing a wedge-shaped interference structure Download PDFInfo
- Publication number
- BG66480B1 BG66480B1 BG110789A BG11078910A BG66480B1 BG 66480 B1 BG66480 B1 BG 66480B1 BG 110789 A BG110789 A BG 110789A BG 11078910 A BG11078910 A BG 11078910A BG 66480 B1 BG66480 B1 BG 66480B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- laser
- wedge
- interference
- interference wedge
- optical
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Област на техникатаField of technology
Изобретението се отнася до лазерно устройство за дистанционно измерване на малка, от порядъка на милилитри част от милиметъра, линейна транслация на опъване или свиване с приплъзване на обект, което намира приложение при проследяване на малки по стойност величини на линейна транслация от порядъка на милиметри и части от милиметъра по дължината на обект и то с използване на нискоинтензивно (неразрушаващо) лазерно лъчение и на далечно разстояние от метри, десетки и стотици метри, включително километри от позицията на отчитане. Предимство е и отсъствие на влияние върху измерителния лазерен лъч на елестрични, магнитни и електромагнитни полета и отстраняване на влиянието на атмосферни проблеми, влияещи върху атмосферната пропускливост за електромагнитни и в частност - светлинни лъчения. Такива са случаите на контрол на удължение на стоманени греди в мостови и други метални и бетонни конструкции, в частност предизвикани от температурни промени, в геофизични измервания на разтягане на скални обекти, на линейно разтягане на стени на сгради, в измервания във вакуумни камери или други обекти с прозрачни за лъчението стени и др.The invention relates to a laser device for remote measurement of a small, in the order of milliliters part of a millimeter, linear translation of tension or contraction with sliding of an object, which finds application in tracking small values of linear translation of the order of millimeters and parts by millimeters along the length of an object using low-intensity (non-destructive) laser radiation and at a distance of meters, tens and hundreds of meters, including kilometers from the reading position. The advantage is the absence of influence on the measuring laser beam of electric, magnetic and electromagnetic fields and elimination of the influence of atmospheric problems affecting the atmospheric permeability to electromagnetic and in particular - light radiation. Such are the cases of control of elongation of steel beams in bridge and other metal and concrete structures, in particular caused by temperature changes, in geophysical measurements of stretching of rock objects, of linear stretching of walls of buildings, in measurements in vacuum chambers or other objects with transparent walls for radiation, etc.
Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
Известно е устройство за измерване на големината на транслация на обект /1/, което се базира на система тип Интерферометър на Майкелсон, съставено от лазерен източник на тесноивично (части от манометъра, в частност едночестотно) лазерно лъчение, разделено в две рамена - опорно и измерително от поляризационна призма и интерференчно сравняване на върнатите в двете рамена лъчения с електронна регистрация.There is a device for measuring the magnitude of translation of an object / 1 /, which is based on a system type Michelson interferometer, consisting of a laser source of narrowband (parts of the manometer, in particular single frequency) laser radiation, divided into two arms - reference and measuring from a polarizing prism and interfering comparison of the radiation returned in both arms with electronic registration.
Недостатък на известното устройство е, че то е удобно за изследване на големината на транслациите на обекти, неотдалечени на големи разстояния от компактната част на интерферо метъра - практически на сантиметри и метри. Възможността за работата и точността на устройството се влияят особено силно от атмосферни условия, вибрации и изисква най-прецизна специализирана настройка при всяко измерване, особено при приложения за измервания на отдалечен обект.A disadvantage of the known device is that it is convenient for studying the size of the translations of objects not far away from the compact part of the interferometer - practically in centimeters and meters. The ability to operate and the accuracy of the device are particularly strongly influenced by atmospheric conditions, vibrations and requires the most precise specialized adjustment in each measurement, especially in applications for remote object measurements.
Известно е устройство за измерване на големината на транслацията на твърд обект /2/, съставено от Интерферометър на Фабри - Перо, едното от огледалата на който е свързано с обекта и се транслира с неговата транслация, като с това се изменя пропускането на Интерферометьра на Фабри-Перо и оттам се измерва големината на транслацията.A device for measuring the magnitude of the translation of a solid object / 2 / is known, composed of a Fabry-Perot interferometer, one of the mirrors of which is connected to the object and is translated with its translation, thereby changing the transmission of the Fabry interferometer. -Pen and from there the size of the translation is measured.
Недостатък на устройството е изискването за изключително прецизна ъглова настройка ъглови секунди, която съществено се затруднява дори при милиметрови разстояния между огледалата на интерферометьра на Фабри-Перо, особено в реални условия на вибрации и промени в състава, турбулентности и запрашвания на въздуха.A disadvantage of the device is the requirement for extremely precise angular adjustment of angular seconds, which is significantly hampered even at millimeter distances between the mirrors of the Fabry-Perot interferometer, especially in real conditions of vibration and changes in composition, turbulence and air dust.
Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention
Задача на изобретението е да се създаде лазерно устройство за дистанционно измерване на линейна транслация на обект в неговата челна равнина, позволяващо измерване на малки (милиметри, части от милиметъра) линейни транслации на приплъзване на обект на различни разстояния, включително стотици метри и километри, с повишена устойчивост към атмосферни влияния, турбулентности и запрашвания на въздуха и вибрации на обекта, с възможност за измерване през прозрачни атмосферни и неатмосферни среди и тела, в частност без изисквания за тяхна висока оптическа хомогенност.The object of the invention is to provide a laser device for remote measurement of linear translation of an object in its frontal plane, allowing measurement of small (millimeters, parts of millimeters) linear translations of sliding of an object at different distances, including hundreds of meters and kilometers, with increased resistance to atmospheric influences, turbulence and dust and air and vibrations of the site, with the ability to measure through transparent atmospheric and non-atmospheric environments and bodies, in particular without requirements for their high optical homogeneity.
Задачата се решава с лазерно устройство за дистанционно измерване на транслация с приплъзване на обекти, използващо клиновидна интерференчна структура, съставено от пренастройваем тесноивичен (в частност едночестотен и двувълнов едночестотен за едната дължина на вълната) лазер, оптичен делител на лъчението му и прикрепвана към обекта на измерване малка по размери (~ няколко сантиметра х няколко сантиметра) инварова (или порцеланова, кварцова) плоча с монтирана в твърда връзка върху нея интерференчна клиновиднаThe problem is solved with a laser device for remote measurement of translation by sliding objects, using a wedge-shaped interference structure consisting of a tunable narrowband (in particular single-frequency and double-wavelength single-frequency for one wavelength) laser, optical radiation divider and its attachment. measurement small in size (~ several centimeters x several centimeters) invar (or porcelain, quartz) plate with interconnected wedge-shaped interference mounted on it
66480 Bl структура, наричана по-нататък по приета терминология Интерференчен клин. Устройството съдържа отразяващо огледало за преминалото през Интерференчния клин резонансно за него лъчение, което е настроено да връща точно обратно по оста на падане върху него падащия от пренастройваемия лазер и преминаващ през Интерференчния клин лазерен лъч. Във вариант на решение, роля на отражаващо огледало за падащия лъч може да изпълнява и самия Интерференчен клин. Пренастройваемият лазер е разположен на разстояние от измервания обект и лъчението му е насочено така, че да попада директно или след фокусиране от леща (сферична, цилиндрична) в определен участък от челната отразяваща повърхност на Интерференчния клин. Попадането на лъча на лазера може да бъде директно върху Интерференчния клин или в сфера на Улбрихт и оттам чрез световод - в дадена точка от челната отразяваща повърхност на Интерференчния клин. Устройството включва приемна система от два или четири оптични приемника, като единият свързан оптично с преминалото през Интерференчния клин лъчение чрез оптичен делител или световод, а другият - с непреминалото през Интерференчния клин падащо лъчение от пренастройваемия лазер чрез оптичен делител или световод, като последният получава лъчение от сферата на Улбрихт. Устройството съдържа електронно-сравняващ сигналите от двата или четирите приемника обработващ блок, даващ диференциален сигнал, пропорционален на интензитета на преминалото през Интерференчния клин лазерно лъчение.66480 B1 structure, hereinafter referred to as Interference Wedge. The device comprises a reflective mirror for the resonant radiation passing through the interference wedge, which is set to return exactly back along the axis of incidence the laser beam falling from the adjustable and passing through the interference wedge. In a variant of the solution, the role of a reflecting mirror for the incident beam can be performed by the Interference wedge itself. The adjustable laser is located at a distance from the measured object and its radiation is directed so that it falls directly or after focusing from the lens (spherical, cylindrical) in a certain section of the front reflecting surface of the Interference wedge. The laser beam can fall directly on the Interference Wedge or in the Ulbricht sphere and from there through a light guide - at a given point on the front reflecting surface of the Interference Wedge. The device includes a receiving system of two or four optical receivers, one optically connected to the radiation passing through the Interference Wedge by an optical splitter or light guide, and the other to the incident radiation passing through the Interference Wedge by the reconfigurable laser through an optical splitter or light guide. from the sphere of Ulbricht. The device comprises an electronically comparing signal from the two or four receivers processing unit, giving a differential signal proportional to the intensity of the laser radiation passed through the Interference wedge.
Предимство на устройството, съгласно изобретението е, че измерването на малки (милиметри и части от милиметъра) линейни транслации на приплъзване на обект на различни разстояния, включително стотици метри и километри е с повишена устойчивост към атмосферни влияния - турбулентности и запрашвания на въздуха и вибрации на обекта. То е с възможност за измерване през прозрачни неатмосферни среди и тела, в частност без изисквания за тяхна висока оптическа хомогенност, висока компактност, с опростена херметизация, минимални милиметрови и субмилиметрови дебелини на регистриращия елемент в твърда солидна връзка между съставящите го части.An advantage of the device according to the invention is that the measurement of small (millimeters and parts of millimeters) linear translations of sliding of an object at different distances, including hundreds of meters and kilometers has increased resistance to atmospheric influences - turbulence and dust and air vibrations. object. It can be measured through transparent non-atmospheric media and bodies, in particular without requirements for their high optical homogeneity, high compactness, with simplified sealing, minimum millimeter and submillimeter thicknesses of the recording element in a solid solid connection between its constituent parts.
Пояснение на приложените фигуриExplanation of the attached figures
На приложените фигури са показани 5 принципни схеми на устройството съгласно изобретението, където:The attached figures show 5 schematic diagrams of the device according to the invention, where:
на фигура 1 е даден вариант на схемата за измерване на по-близки разстояния - метри, десетки и стотици метри, а на фигура 2 - вариант на схемата за измерване на далечни разстояния стотици метри и километри.Figure 1 shows a variant of the scheme for measuring closer distances - meters, tens and hundreds of meters, and Figure 2 - a variant of the scheme for measuring long distances hundreds of meters and kilometers.
Примерно изпълнение на изобретениетоAn exemplary embodiment of the invention
Примерно изпълнение на устройството, съгласно изобретението, във вариант за дистанционно измерване от близко разстояние (метри) на линейно равнинно разпъване на обект е показано на приложената фигура 1.An exemplary embodiment of the device according to the invention, in a variant for remote measurement from close distance (meters) of linear plane stretching of an object is shown in the attached figure 1.
В това изпълнение, обектът, за който се провежда измерването, означен с поз. 1 на фиг. 1, е например желязна протяжна греда с дължина 10 т, и е разположен близо (до няколко метра, например на 5 т) от тесноивичния със спектрална ширина на лъчението ~ 0.1 нанометър (или едночестотен) пренастройваем лазер, означен с поз. 2 на фиг. 1. Лазерът 2 е разположен върху масивна порцеланова подложка - блок 3, имащ правоъгълна форма, като лазерът 2 е поставен центрирано спрямо ръбовете на повърхността на блока. Към желязната греда 1 е твърдо свързана в една точка малка платформа - плоча 4 с дължина 6 cm и ширина 4 cm от инвар или порцелан. На платформата 4 е инсталиран в твърда връзка Интерференчен клин. Той е с оптическа дебелина от 5 микрона. Интерференчният клин 5 представлява кварцова подложка с оптично качество и дебелина от 1 до 10 mm и размери - дължина, равна на 3 cm и височина, равна на 1 cm. Той е изпълнен като върху повърхността на кварцовата подложка в последователност, чрез изпарение или чрез електронно разпрашаване, са нанесени отразяващо 90% многослойно диелектрично огледало, прозрачен клинов разделителен слой с оптическа дебелина от 5 микрона, е ъгъл при върха на клина 5.10-5 радиана и последващо многослойно диелектрично огледало с отражение също 90%, нанесено върху разделителния клиновиден слой. (Интерференчен клин от тип сандвич). Дебелината на разделителния слойIn this embodiment, the object for which the measurement is performed, marked with pos. 1 in FIG. 1 is, for example, an iron extension beam with a length of 10 t, and is located close (up to several meters, for example 5 t) to the narrow-band with a spectral beam width of ~ 0.1 nanometer (or single-frequency) adjustable laser, denoted by pos. 2 in FIG. 1. The laser 2 is located on a solid porcelain substrate - block 3, having a rectangular shape, the laser 2 is placed centered on the edges of the surface of the block. To the iron beam 1 is firmly connected at one point a small platform - plate 4 with a length of 6 cm and a width of 4 cm of invar or porcelain. An interference wedge is installed in the rigid connection on the platform 4. It has an optical thickness of 5 microns. The interference wedge 5 is a quartz pad with optical quality and thickness from 1 to 10 mm and dimensions - length equal to 3 cm and height equal to 1 cm. It is made as on the surface of the quartz substrate in sequence, by evaporation or by electronic sputtering, are applied reflective 90% multilayer dielectric mirror, transparent wedge separating layer with optical thickness of 5 microns, is an angle at the tip of the wedge 5.10-5 radians and a subsequent multilayer dielectric mirror with a reflection of also 90% applied to the wedge-shaped separating layer. (Sandwich-type interference wedge). The thickness of the separating layer
66480 Bl може да бъде и по-голяма (например 50 микрона) или да се използва композитна клиновидна структура от типа с транслационна пренастройка с резонансни максимуми на сантиметрово разстояние по дължината на клина. 5 Интерференчният клин 5 е поставен в инварова (или порцеланова) кутия за намаляване на външни влияния със стени, съвпадащи с ръбовете на инваровата плоча и височина, равна на 2-3 cm, като част от стената на кутията - тази към 10 лазера 2, е изпълнена като оптичен филтър 6 от многослойно диелектрично покритие, нанесено върху кварцова пластина. Филтърът 6 има високо пропускане (70-80 %) в тясна спектрална област от около ± 30 нанометра около централната 15 дължина на вълната на пренастройваемия лазер, която е например 0.63 микрона и ниско пропускане извън нея, по-малко от 5 %. Филтърът 6 е разположен пред Интерференчния клин 5 и е с размери, по-големи от размерите на клина 5. 20 Интерференчният клин 5 и пренастройваемият едночестотен лазер 2 са поставени така, че лъчът от лазера 2 с диаметър 1-1.5 mm да пада през филтъра 6 върху Интерференчния клин 5 под малък ъгъл от ~ 3°. В измерванията се работи в 25 един и същи порядък к на резонанс за клина 5. Пред лазера 2 е поставен оптичен делител 7 (с пропускане за лъчението на лазера 2, например 80 % и отражение 19.5 %), който отразява част от лъчението на лазера и чрез огледалото 8 го 30 насочва към оптичния приемник 9. Преминалият лъч през делителя 7 се насочва към Интерференчния клин 5 и попада върху него през филтъра 6. След Интерференчния клин 5 е поставено широкоспектрално отразяващо огледало 10, 35 което е настроено така, че преминала част от лазерния лъч от лазера 2 през Интерференчния клин 5 да бъде отразявана точно в обратната посока на падането си и по оста на падането си.66480 B1 can also be larger (e.g. 50 microns) or a translational wedge-type composite structure with resonant maxima at a centimeter distance along the wedge can be used. 5 The interference wedge 5 is placed in an invar (or porcelain) box to reduce external influences with walls coinciding with the edges of the invar plate and a height equal to 2-3 cm, as part of the wall of the box - that of 10 lasers 2, is made as an optical filter 6 of a multilayer dielectric coating applied to a quartz plate. The filter 6 has a high transmittance (70-80%) in a narrow spectral range of about ± 30 nanometers around the central wavelength 15 of the tunable laser, which is, for example, 0.63 microns and a low transmittance outside it of less than 5%. The filter 6 is located in front of the Interference wedge 5 and has dimensions larger than the dimensions of the wedge 5. 20 The interference wedge 5 and the adjustable single-frequency laser 2 are placed so that the beam from the laser 2 with a diameter of 1-1.5 mm falls through the filter 6 on the Interference wedge 5 at a small angle of ~ 3 °. The measurements work in 25 the same order k of the resonance for the wedge 5. In front of the laser 2 is placed an optical divider 7 (with transmission for the radiation of the laser 2, for example 80% and reflection 19.5%), which reflects part of the laser radiation and through the mirror 8 it 30 is directed to the optical receiver 9. The transmitted beam through the divider 7 is directed to the Interference wedge 5 and falls on it through the filter 6. After the Interference wedge 5 is placed a wide-spectrum reflecting mirror 10, 35 which is set so that passed part of the laser beam from the laser 2 through the Interference wedge 5 to be reflected exactly in the opposite direction of its fall and along the axis of its fall.
Делителят 7 насочва част от върнатата обратно 40 част от отразения от огледалото 10 сноп към втори оптичен приемник 11, който е поставен така, че това лъчение да попада върху него. Двата приемника 9 и 11 са с еднаква и постоянна чувствителност в областта на пренастройка на 45 лазера 2. Сигналите от двата приемника 9 и 11 се сравняват в обработващ електронен блок 12, който дава относителната големина (отношение на приетия сигнал от приемника 11 към приетия сигнал от приемника 9 на пропуснатото лъчение 50 през клина 5 спрямо тази на сигнала от приемника 9, от което се определя максималната стойност на пропускане на Интерференчния клин 5 за облъчващата дължина на вълната. Лазерът 2, делителят 7, огледалото 8 и приемниците 9 и 11 са монтирани в твърда връзка върху порцелановия блок 3, максимално центрирано спрямо дължината и ширината му.The divider 7 directs a portion of the beam 40 returned from the mirror 10 to a second optical receiver 11, which is positioned so that this radiation falls on it. The two receivers 9 and 11 have the same and constant sensitivity in the field of adjustment of 45 lasers 2. The signals from the two receivers 9 and 11 are compared in a processing electronic unit 12, which gives the relative size (ratio of the received signal from the receiver 11 to the received signal from the receiver 9 of the transmitted radiation 50 through the wedge 5 relative to that of the signal from the receiver 9, which determines the maximum transmission value of the Interference wedge 5 for the irradiating wavelength.The laser 2, the divider 7, the mirror 8 and the receivers 9 and 11 are mounted in a rigid connection on the porcelain block 3, maximally centered in relation to its length and width.
Избраните материали за изграждане на системата сас възможно най-ниски коефициенти на температурно разширение, приблизително на порядък и повече по-нисък от този на измервания обект, за минимална грешка от собствено топлинно удължение или изместване на елементите на устройството и на самото устройство (температурните коефициенти на разширение на инвара, на кварцовото стъкло и на порцелана са съответно ~ 0.9 х 10-6 °С-1, 1 х 10-6 °С-1 и 3 х 10-6 °C-1, докато на стоманата и желязото са ~ 11 -12 х 10-6 °C-1, а на алуминия ~ 26 х 10-6 °С-1). Елементите на устройството са центрирани спрямо носещите ги плочи 3 и 4 с цел минимизиране на изместване от температурно разширение. Порцелановият блок 3 е поставен върху бетонна плоча 14 (или твърда земна повърхност). Обектът, на който се проследява удължението 1, в случая металната греда, може да е разделен с прозрачна среда 15, например стъклена преграда, от лазера 2 и свързаните с него елементи върху блока 3. Пренастройваемият лазер 2 може да бъде изпълнен като двувълнов с последователно излъчване на двете дължини на вълната. За фокусировка на падащото лазерно лъчение върху Интерференчния клин 5 пред него и на разстояние равно на фокусното й разстояние може да бъде поставена цилиндрична фокусираща за падащото лъчение върху Интерференчния клин 5 и колимираща за отразеното от него лъчение просветлена за двете дължини на вълната леща. Светоделителят 7 в този случай е изпълнен за двете дължини на вълната. Огледалото 10 в този случай е изпълнено с отражение, по-малко от части от процента, т.е. като поглъщаща среда. В този случай информативният сигнал е от сравнение на отразената светлина от Интерференчния клин 5 за двете дължини на вълната.The selected materials for construction of the system have the lowest possible coefficients of thermal expansion, approximately an order of magnitude and more lower than that of the measured object, for minimal error of intrinsic thermal elongation or displacement of the device elements and the device itself (temperature coefficients of the expansion of the invar, the quartz glass and the porcelain are ~ 0.9 x 10-6 ° C-1, 1 x 10-6 ° C-1 and 3 x 10-6 ° C-1, respectively, while the steel and iron are ~ 11 -12 x 10-6 ° C-1, and on aluminum ~ 26 x 10-6 ° C-1). The elements of the device are centered relative to the bearing plates 3 and 4 in order to minimize displacement from thermal expansion. The porcelain block 3 is placed on a concrete slab 14 (or hard ground). The object on which the extension 1 is traced, in this case the metal beam, can be separated by a transparent medium 15, for example a glass barrier, from the laser 2 and the associated elements on the block 3. The adjustable laser 2 can be made as a two-wave emission of both wavelengths. To focus the incident laser radiation on the Interference Wedge 5 in front of it and at a distance equal to its focal length, a cylindrical lens can be placed focusing on the incident radiation on the Interference Wedge 5 and collimating for the reflected radiation illuminated for both wavelengths. The beam splitter 7 in this case is designed for both wavelengths. The mirror 10 in this case is filled with a reflection of less than a fraction of a percent, i. as an absorbing medium. In this case, the informative signal is from a comparison of the reflected light from the Interference Wedge 5 for the two wavelengths.
Действието на устройството е следното.The operation of the device is as follows.
В началото на измерване на удължениетоAt the beginning of the elongation measurement
66480 Bl на гредата дължината на вълната на лъча от лазера 2, попадащ върху Интерференчния клин 5, се настройва да съответства на резонансна дължина на вълната ламбда1 за точката на попадане. При това лъчът от лазера 2 преминава 5 максимално през клина 5, например 85 % и обработващият блок 12 дава сигнал с максимална относителна стойност. При транслация на инваровата плоча 4, вследствие температурно удължаване на гредата 1, се транслира съответно 10 и Интерференчния клин 5, като в новата точка на падане на лазерния лъч върху него резонансната дължина на вълната се променя и пропускането на клина 5 намалява. Намалява съответно и големината на сигнала, постъпващ 15 от приемника 11 в обработващия блок 12, а оттам и големината на отчитания относителен сигнал, подаван от блока 12. С пренастройване на дължината на вълната на лъчението на лазера 2, отново се намира съответната за новата дебелина 20 на клина 5 резонансна дължина на вълната ламбда2 за максимално пропускане на клина 5, което се регистрира по достигане отново на максимална относителна стойност на сигнала от обработващия блок 12. Дължината на транс- 25 лацията Делтах се дава от формулата tga ’ къДето е1 се изчислява от израза k-— = n-e^-cosd с известните за използвания Интерференчен клин η и ъгъл на падане 0(cos θ~ 1), а порядъка k, който е цяло число, се получава като най-близкото цяло число от числена преценка на максималния брой $ полувълни ламбда1/2, които могат да се нанесат на дадената средна оптична дължина (п.е) на използвания Интерференчен клин 5. За получеДА нотоkравенството к· — - п-е, -cos# ' 2 1 трябва да се удовлетворява. Дебелината (п.е) се дава от производителя. Например, за използвания Интерференчен клин 5 тип сандвич с дебелина от 3 микрона и n=l .6, cos 45 3° ~ 1, и ламбда1 ~ 0.6 microm, пресмятането дава k = 30. Формулата за пресмятане на Делтах може да се даде в графичен вид, отчитано от дадена стойност на ламбда1 като функция на (ламбда2 - ламбда!). Чувствителността на 50 устройството достига измерване на удължение с милиметър и части от милиметъра за разглежданата греда с дължина 10 т. Възможен метод за определяне на измерваното удължение е и предварителната експериментална калибровка на системата.66480 Bl on the beam, the wavelength of the beam from the laser 2 incident on the Interference Wedge 5 is adjusted to correspond to the resonant wavelength lambda1 for the point of incidence. In this case, the beam from the laser 2 passes 5 through the wedge 5, for example 85%, and the processing unit 12 gives a signal with a maximum relative value. When translating the invar plate 4, due to thermal elongation of the beam 1, the Interference wedge 5 is translated, respectively, and at the new point of incidence of the laser beam on it the resonant wavelength changes and the transmission of the wedge 5 decreases. Decreases accordingly the magnitude of the signal coming 15 from the receiver 11 in the processing unit 12, and hence the magnitude of the reported relative signal supplied by the unit 12. By readjusting the wavelength of the laser radiation 2, again finds the corresponding thickness for the new thickness 20 of the wedge 5 resonant wavelength lambda2 for maximum transmission of the wedge 5, which is registered when reaching the maximum relative value of the signal from the processing unit 12. The translation length 25 x-x is given by the formula tga ' to Where is 1 is calculated from the expression k-— = ne ^ -cosd with the known for the used Interference wedge η and angle of incidence 0 (cos θ ~ 1), and the order k, which is an integer, is obtained as the nearest integer of numerical estimation of the maximum number of $ half-waves lambda1 / 2 that can be applied to the given average optical length (ie) of the used Interference wedge 5. To obtain the notation equality k · - - n-e, -cos # '2 1 must to be satisfied Java. The thickness (ie) is given by the manufacturer. For example, for the used Interference wedge 5 type sandwich with a thickness of 3 microns and n = 1 .6, cos 45 3 ° ~ 1, and lambda1 ~ 0.6 microm, the calculation gives k = 30. The deltach calculation formula can be given in graphical form, read from a given value of lambda1 as a function of (lambda2 - lambda!). The sensitivity of the 50 device reaches the measurement of elongation by a millimeter and parts of a millimeter for the considered beam with a length of 10 t. A possible method for determining the measured elongation is the preliminary experimental calibration of the system.
Измерването на върнатия светлинен сигнал и на транслацията може да ъде по отразената светлина от Интерференчния клин. В този случай пред него допълнително се поставя цилиндрична леща на разстояние, равно на фокусното й. В случая излъчващият лазер 2 е изпълнен като двувълнов пренастройваем лазер и лъчението му се фокусира от цилиндричната леща върху Интерференчния клин 5. Едната дължина на вълната е настроената на резонансен максимум на пропускане на Интерференчния клин 5 и лъчението в снопа на нея се отразява с намаление от пропускането на резонанса. Другата дължина на вълната на лъчението в двувълновия лъч, попадащ след фокусиране върху Интерференчния клин 5 е подбрана така, че да бъде извън неговите резонанси на пропускане и това лъчение се отразява напълно от него. След преминаване през цилиндричната леща на отразеното от клина лъчение на двете дължини на вълната и приемане от оптично вълноворазделително устройство със съответни приемници за всяко лъчение от приемно устройство до излъчващия лазер, сигналите от двете лъчения се сравняват в диференциална схема. Транслацията на Интерференчния клин 5 се определя по новия минимум на отражение за нова, получена чрез пренастройване на пренастройваемия лазер 2, резонансна за пропускане на Интерференчния клин 5 дължина на вълната, определен от сравнение на сигнала от лъченията с двете дължини на вълната в диференциалната сравняваща схема система.The measurement of the returned light signal and of the translation can go on the reflected light from the Interference wedge. In this case, a cylindrical lens is additionally placed in front of it at a distance equal to its focal length. In this case the radiating laser 2 is made as a two-wave adjustable laser and its radiation is focused by the cylindrical lens on the Interference wedge 5. One wavelength is set to resonant maximum transmission of the Interference wedge 5 and the radiation in its beam is reflected with a decrease in the resonance transmission. The other wavelength of the radiation in the two-wave beam incident after focusing on the Interference Wedge 5 is selected to be outside its transmission resonances and this radiation is fully reflected by it. After passing through the cylindrical lens of the beam reflected radiation of the two wavelengths and receiving from an optical wave separation device with appropriate receivers for each radiation from a receiving device to the emitting laser, the signals from the two radiations are compared in a differential circuit. The translation of the Interference Wedge 5 is determined by the new reflection minimum for a new wavelength resonant obtained by reconfiguring the adjustable laser 2, resonant for transmission of the Interference Wedge 5, determined by comparing the radiation signal with the two wavelengths in the differential comparison circuit system.
Във варианта, даден на фигура 2, устройството може да измерва милиметрови и части от милиметъра удължения от разстояния стотици метри и километри.In the embodiment given in Figure 2, the device can measure millimeter and fraction of a millimeter extensions from distances of hundreds of meters and kilometers.
Означените на Фигура 2 елементи със същите цифри като на Фигура 1 са съответно същите като на Фигура 1. В този вариант на изхода на лазера 2 е въведен колимиращ телескоп 16. Лазерът 2 може да бъде разположен на десетки или стотици метри от Интерференчния клин 5 като лъчението му осветява ИнтерференThe elements marked in Figure 2 with the same digits as in Figure 1 are respectively the same as in Figure 1. In this embodiment, a collimation telescope 16 is introduced at the output of the laser 2. The laser 2 can be located tens or hundreds of meters from the Interference Wedge 5 as its radiation illuminates the Interference
66480 Bl чния клин 5. Пред инваровата плоча 4, на минимално разстояние (~1 mm) от прозорчето 6, върху общата основа от бетон или земна повърхност 17 е поставена втора двуслойна инварова плоча 18. Горният слой на плочата 18 е с дебелина от части от сантиметъра до сантиметър и с размери, например 6 cm дължина и 5 cm ширина. Върху горния слой на плочата е монтирана защитна кутия, намаляваща външните въздействия върху елементите, монтирани върху него. На стената към лазера на тази защитна кутия е монтирана в съответен отвор широко апертурна (~ 6-8 mm апертура) късофокусна (~ 20-30 mm фокусно разстояние) леща 19, като тя е разположена така, че да попада в снопа на лазерния лъч 13, излъчван от лазера 2. След лещата 19 е поставена малка сфера на Улбрихт 20 с диаметър от ~3 - 5 cm (изпълнена например от топка за пинг-понг) и имаща малък отвор с диаметър от 3-5 mm и разположена така, че фокусираното лъчение на лазера 2 от лещата 19 да попада в отвора. Към втори малък отвор от ~1-3 mm в сферата на Улбрихт 20 е прилепен (възможно през фокусираща късофокусна леща, непоказана на чертежа) световод 21 с разклоняващ се обратен край в две разцепления - световоди с по-тесни еднакви диаметри. Краищата им са на минимално разстояние (части от милиметъра) от прозорчето 6. След прозорчето 6, на разстояние ~1 mm и под малък ъгъл от ~ 10° спрямо него е разположен по дължината си Интерференчният клин 5, който е в твърда връзка с инваровата плоча 4. Едното от разцепленията на световода 21 е насочено срещу Интерференчния клин 5, а другото, също към него, но на разстояние ~ 1,5 cm след края на Интерференчния клин 5. Долният пласт на инваровата плоча 18 е разположен така, че да плъзга под инваровата плоча 4. В разглеждания вариант в инваровата плоча 4 са направени тесни (-5-10 mm) продълговати отвори след Интерференчния клин 5, като през тези отвори, към втория слой на плочата 6 са закрепени в твърда връзка оптичните приемници 22 и 23, така че при приплъзването на плочата 4 върху долния слой на плочата 18 те да остават в началното си положение. Единият от тях - 22 е разположен до Интерференчния клин 5 точно срещу края на разцеплението на световода 21, насочен към Интерференчния клин 5, а другият приемник 23 е насочен срещу другия край на разцеплението-световод на световода 21, насочен през прозорчето 6 извън клина 5. Двата приемника са свързани с обработващ електронен блок - излъчвател 24 на радиосигнал с мощност, пропорционална на относителната големина на сигнала, постъпващ от приемника 22 спрямо този от приемника 23. В световода 21 попада част от лъчението на лазера 2. Действието на варианта на изобретението, показан на Фигура 2, е следното.66480 Bl wedge 5. In front of the invar plate 4, at a minimum distance (~ 1 mm) from the window 6, on the common base of concrete or earth surface 17 is placed a second two-layer invar plate 18. The upper layer of the plate 18 is thick in parts from centimeter to centimeter and with dimensions such as 6 cm in length and 5 cm in width. A protective box is mounted on the top layer of the plate, reducing external influences on the elements mounted on it. On the wall to the laser of this protective box is mounted in a corresponding hole a wide aperture (~ 6-8 mm aperture) short-focus (~ 20-30 mm focal length) lens 19, and it is located so that it falls into the beam of the laser beam 13, emitted by the laser 2. After the lens 19 is placed a small sphere of Ulbricht 20 with a diameter of ~ 3 - 5 cm (made for example by a ping-pong ball) and having a small hole with a diameter of 3-5 mm and arranged so that the focused radiation of the laser 2 from the lens 19 falls into the aperture. To a second small hole of ~ 1-3 mm in the sphere of Ulbricht 20 is attached (possibly through a focusing short-focus lens, not shown in the drawing) light guide 21 with a branching reverse end in two splits - light guides with narrower equal diameters. Their ends are at a minimum distance (parts of a millimeter) from the window 6. After the window 6, at a distance of ~ 1 mm and at a small angle of ~ 10 ° to it is located along its length Interference wedge 5, which is in rigid connection with the invar plate 4. One of the splits of the light guide 21 is directed against the Interference wedge 5, and the other, also towards it, but at a distance of ~ 1.5 cm after the end of the Interference wedge 5. The lower layer of the invar plate 18 is located so that slides under the invar plate 4. In the considered variant in the invar plate 4 narrow (-5-10 mm) elongated openings are made after the Interference wedge 5, and through these openings, to the second layer of the plate 6 the optical receivers 22 and 23, so that when the plate 4 slides on the lower layer of the plate 18, they remain in their initial position. One of them - 22 is located next to the Interference wedge 5 just opposite the end of the split of the light guide 21, directed to the Interference wedge 5, and the other receiver 23 is directed against the other end of the split-light guide 21, directed through the window 6 outside the wedge 5. The two receivers are connected to a processing electronic unit - emitter 24 of a radio signal with a power proportional to the relative magnitude of the signal coming from the receiver 22 to that of the receiver 23. Part of the laser radiation 2 enters the light guide 21. , shown in Figure 2, is as follows.
Лъчението на лазера 2, попадащо върху лещата 19 се фокусира от нея в сферата на Улбрихт 20, при което попадналото след фокусировката лъчение осветява практически равномерно цялата вътрешна повърхност на сферата. В световода 21 попада част от лъчението на лазера 2. Една част от попадналото в световода 21 лъчение, чрез разцеплениетосветовод от него, насочено срещу Интерференчния клин 5, попада през прозорчето 6 върху този клин, а другата част - от разцеплението-световод от световода 21, насочена след Интерференчния клин 5, попада през прозорчето 6 директно върху приемника 23. Лазерът 2 се настройва на резонансната дължина на вълната ламбда! за точката от Интерференчния клин 5 срещу разцеплениетосветовод срещу Интерференчния клин 5 от световода 21. При това обработващоизлъчвателният блок 24 излъчва максимален сигнал. При транслацията (в примера - топлинното удължение) на гредата 1 се транслира и инваровата плоча 4 и съответно Интерференчния клин 5, като попадането на лъчението на разцеплението-световод срещу Интерференчния клин 5 променя точката на падане върху Интерференчния клин 5 и съответно резонансната дължина на вълната. При това пропускането на Интерференчния клин 5 намалява и съответно сигналът, подаван от обработващо-излъчващия електронен блок 24, също намалява. При пренастройване на лазера 2 се намира найблизката дължина на вълната, при която блокът 24 подава втори максимален по интензитет сигнал, с което се определя втората резонансна дължина на вълната ламбда2. По дадената в примерното изпълнение 1 формула, и по известните ламбда! и ламбда2 се определя големината на транслацията на обекта 1 (на стоманената греда 1).The radiation of the laser 2 incident on the lens 19 is focused by it in the Ulbricht sphere 20, whereby the radiation incident after the focus illuminates practically evenly the entire inner surface of the sphere. Part of the radiation of the laser 2 enters the light guide 21. A part of the radiation entering the light guide 21, through the splitting light guide from it, directed against the Interference wedge 5, falls through the window 6 on this wedge, and the other part - from the splitting light guide from the light guide 21 , directed after the Interference wedge 5, falls through the window 6 directly on the receiver 23. The laser 2 is adjusted to the resonant lambda wavelength! for the point of the Interference wedge 5 against the splitting light guide against the Interference wedge 5 of the light guide 21. In this case, the processing radiation unit 24 emits a maximum signal. During the translation (in the example - the thermal extension) of the beam 1, the invar plate 4 and the Interference wedge 5 are translated, as the radiation of the light splitting against the Interference wedge 5 changes the point of incidence on the Interference wedge 5 and the resonant wavelength. . In this case, the transmission of the Interference Wedge 5 decreases and, accordingly, the signal supplied by the processing-transmitting electronic unit 24 also decreases. When the laser 2 is readjusted, the nearest wavelength is found, at which the block 24 transmits a second maximum intensity signal, which determines the second resonant wavelength lambda2. According to the formula given in the exemplary embodiment 1, and according to the known lambda! and lambda2 determines the translation size of object 1 (steel beam 1).
З^М/Ш^^ибаиМШМ»'. *Λ.=.·Λ.66480 BlЗ ^ М / Ш ^^ ибаиМШМ »'. * Λ. =. · Λ.66480 Bl
Приложение на изобретениетоApplication of the invention
Изобретението ще намери приложение в лазерни комплекси за прецизно измерване с точност милиметри и части от милиметъра на $ транслационно разтягане на обект в неговата челна равнина, в частност дистанционно измерване на големи разстояния от метри до километри - на греди на мостове, на стени на сгради и на скални обекти при промяна на температурата им или |θ натиск, а също така за такива измервания през прозрачни прегради - стъклени стени, вода.The invention will find application in laser complexes for precise measurement with an accuracy of millimeters and parts per millimeter of translational stretching of an object in its frontal plane, in particular remote measurement of long distances from meters to kilometers - of bridge beams, building walls and of rock objects when their temperature or pressure changes, as well as for such measurements through transparent barriers - glass walls, water.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG110789A BG66480B1 (en) | 2010-11-08 | 2010-11-08 | Laser device for distant measurement of creep translation of object employing a wedge-shaped interference structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG110789A BG66480B1 (en) | 2010-11-08 | 2010-11-08 | Laser device for distant measurement of creep translation of object employing a wedge-shaped interference structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG110789A BG110789A (en) | 2012-06-29 |
| BG66480B1 true BG66480B1 (en) | 2015-01-30 |
Family
ID=46935227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG110789A BG66480B1 (en) | 2010-11-08 | 2010-11-08 | Laser device for distant measurement of creep translation of object employing a wedge-shaped interference structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BG (1) | BG66480B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017218494B4 (en) * | 2017-10-17 | 2024-02-08 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Processing device and method for processing a workpiece, in particular by welding |
-
2010
- 2010-11-08 BG BG110789A patent/BG66480B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BG110789A (en) | 2012-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5712705A (en) | Arrangement for analysis of substances at the surface of an optical sensor | |
| US7864336B2 (en) | Compact Littrow encoder | |
| CN100451540C (en) | Device for detecting three-axle parallel of large photoelectric monitoring equipment using thermal target technology | |
| CN109738162A (en) | A kind of apparatus and method using angle tuning measurement F-P etalon parameter | |
| CN104215176A (en) | High accuracy optical interval measurement device and method | |
| US3449051A (en) | Differential optical system and optical elements therefor | |
| CN103162831A (en) | Broadband polarization spectrograph and optical measurement system | |
| US5355210A (en) | Method and apparatus for measuring optical properties of optical devices | |
| CN108132026A (en) | Infrared visible ray dual wavelength transmission-type interference testing device in semiconductor | |
| Sosin et al. | Frequency sweeping interferometry for robust and reliable distance measurements in harsh accelerator environment | |
| CN103759661A (en) | Apparatus for measuring film thickness and refractive index in medium | |
| US4171910A (en) | Retroreflectance measurement system | |
| CN114894123B (en) | High-precision optical wedge angle measuring device and measuring method thereof | |
| CN105092032B (en) | Transient state high resolution spectrometer based on F-P etalons | |
| BG66480B1 (en) | Laser device for distant measurement of creep translation of object employing a wedge-shaped interference structure | |
| WO2021185301A1 (en) | Wavelength measurement device and wavelength measurement method | |
| CN109632010B (en) | Displacement and angle synchronous measurement method | |
| CN109632011B (en) | Displacement and angle synchronous measurement system | |
| CN209624389U (en) | A kind of surface plasma resonance detector | |
| CN207816210U (en) | Infrared visible light dual wavelength transmission-type interference testing device in semiconductor | |
| CN113804315B (en) | Laser scanning frequency bandwidth calibration device and calibration method | |
| JPH095018A (en) | Device for measuring moving quantity | |
| CN111562002B (en) | High-flux high-resolution high-contrast polarization interference spectrum imaging device and method | |
| CN113281256B (en) | Mueller matrix measuring device and measuring method thereof | |
| CN110579284B (en) | Interference type laser wavelength measuring device and use method thereof |