RU1795271C - Способ измерени угловых величин и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технической физике и может быть при производстве крупногабаритных изделий. Целью изобретени  в части способа и устройства  вл етс  повышение точности измерени  угловых перемещений , Излучение от лазера образует волновой фронт, из которого в системе анализа картины полупрозрачное зеркало 1 выдел ет участок фронта. Второе зеркало 2, развернутое относительно полупрозрачного , направл ет на зеркало 1 второй участок волнового фронта, который после отражени  от полупрозрачного зеркала 1 встречаетс  с прошедшим сквозь него под углом сходимости. Второй канал образован аналогично первому, но с помощью второй части зеркала 3, развернутого относительно полупрозрачного зеркала 1 на заданный угол. В случае смещени  объекта, а соответственно и лазера, происходит разворот волнового фронта относительно системы анализа, при этом возникает разность кода, несуща  информацию о положении объекта. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к области тех- ничфской физики и может быть широко использовано в специальных геодезических работах, в точных геофизических измерени х и при производстве крупногабаритных изделий в качестве контрольно-измерительной аппаратуры,

Известны способы измерени  углового положени  объекта с помощью интерференционного изображени . К ним относ тс  способ измерени  угловых величин с помощью плоско-параллельной пластины и способ рычажной схемы двухплечевого интерферометра Майкельсона. Эти способы характеризуютс  нелинейной зависимостью пор дка интерференции от измер емого угла рассогласовани , что приводит усложнению системы обработки результатов измерений и к понижению точности измерений .

Известны также способы измерени  углов с использованием пространственной когерентности излучени , при которой нелинейность зависимости угла рассогласовани  и пор дка интерференции устран етс . Они основаны на классическом опыте Юнга и наиболее характерно реализованы в звездном интерферометре Майкельсона, обладающем высокой угловой чувствительностью , определ емой размером базы приема и длиной волны используемого излучени .

Способ реализован путем образовани  систем интерференционных картин от двух пар участков волнового фронта от одного источника излучени . Смещение интерфеS4 О СП hO vj

ренционных картин в плоскости анализа дает однозначную информацию о положении источника излучени . Точность измерени  при использовании этого способа определ етс  погрешностью того канала, в котором используемые участки волнового фронта разнесены на большее рассто ние . Вли ние второго канала на точность измерени  отсутствует, он обеспечивает лишь увеличение диапазона измер емых угловых величин.

Целью способа  вл етс  повышение точности измерени  интерференционным методом.

Цель достигаетс  тем, что в предполагаемом способе измерение угловых величин провод т по двум интерференционным картинам, образованным от участков волнового фронта, попарно разнесенных на одинаковое рассто ние, но имеющих противоположные по знаку углы сходимости относительно участка волнового фронта, выделенного полупрозрачным зеркалом.

Известны устройства, реализующие интерференционные способы измерени  г- лов с использованием пространственной когерентности излучени .

Существенным недостатком данного устройства  вл етс  необходимость использовани  достаточно сложной системы определени  знака рассогласовани , а также то, что предельные погрешности измерени  угловых величин в нем определ ютс  величиной базы приема большего из каналов. Еще один из недостатков прототипа заключаетс  в том, что приемна  система из четырех зеркал образует интерференционную картину , линейна  ширина в которой измен етс  при изменении угла рассогласовани , что существенно усложн ет систему анализа интерференционной картины, особенно дробную часть одной полосы.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности угловых измерений интерференционного устройства.

Цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  измерени  угловых величин приемный зеркальный блок выполнен в виде .системы зеркал, образующей две пары сход щихс  волновых фргонтов и состо щей из.общего дл  них полупрбзрачного зеркала и второго глухого зеркала, расположенного от полупрозрачного на рассто нии, завис щем от требуемой точности измерений, и представл ющего из себ  составное из двух частей, развернутых относительно полупрозрачного на углы, равные по величине, но противо- положные по знаку.

Данный способ реализован с использованием одного лазерного источника излуче0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ни , который образует в плоскости приема волновой фронт, из которого выдел ютс  две пары разнесенных на некоторое рассто ние участков. При этом углы сходимости двух пар участков волнового фронта образуютс  путем разворота участков волнового фронта относительно опорного на равные и противоположные по знаку углы.

Способ по сн етс  фиг.1 и 2.

На фиг.1 представлена одна из возможных схем реализации предлагаемого способа . Два приемных канала образованы установленным под углом 45° к направлению на источник излучени  полупрозрачным зеркалом 1 и глухими зеркалами 2 и 3, развернутыми относительно направлени , параллельного полупрозрачному зеркалу, на углы 4- в одном канале и -фо в другом . Образование интерференционной картины происходит после совмещени  пучков полупрозрачным зеркалом, а анализ может производитьс  в любой плоскости, лежащей за ним.

Способ реализуетс  следующим образом .

Излучение от лазерного источника образует волновой фронт, из которого в плоскости приема полупрозрачное зеркало 1 выдел ет опорный участок волнового фронта . Глухое зеркало 2, развернутое на угол + (ро относительно полупрозрачного, направл ет на это зеркало второй участок волнового фронта, который после отражени  от полупрозрачного зеркала встречаетс  с прошедшим сквозь него под углом сходимости , равным 2 ро , Второй канал образован аналогично первому, но с помощью зеркала 3, развернутого относительно полупрозрачного зеркала на угол . Поэтому угол сходимости волновых фронтов во втором канале равен -2 Если лазер сместитс , то волновой фронт развернетс  относительно приемного бл ока, возникает разность хода , несуща  информацию о положении источника излучени . Интерференционна  картина по каждому из каналов начнет перемещатьс , при этом направление перемещени  определ етс  знаком угла сходимости волновых фронтов, образующих интерференционную картину в каждом из каналов. Таким образом, величина смещени  источника излучени  определ етс  величиной смещени  интерференционной картины от первоначального положени , а знак смещени  - направлением взаимного перемещени  картин в двух каналах.

Следовательно, в измерительной схеме отпадает необходимость введени  устройств дл  определени  знака рассол

ласрвани  с использованием двух фото- приймников или фазочувствительным сканированием .

Јсли две части зеркала 2 и 3 разнести на разные рассто ни  относительно полупрозрачного зеркала (фиг.2), а развороты этих зеркал относительно направлени , параллельного полупрозрачному зеркалу, сделать не только противоположными по знаку, но и Отличающимис  по величине, то можно получить различные соотношени  скоростей перемещени  интерференционных картин в плоскости анализа. Предельные значени  этих углов определ ютс  выражени ми

di -cos45°

.

tgps -

cos45°

2Di3

где di - световой диаметр полупрозрачного зеркала,

Di2, Di3 - рассто ние между полупрозрачный зеркалом и част ми второго зеркала .

Превышение значений этих углов приводит к геометрическому виньетированию, мен ющему условий анализа интерфёрен- ционн:ой картины. Рассто ни  между зеркалами , faKxe как и в прототипе, определ ютс 

не только требуемой точностью измерени  в соответствии с выражением Ппоп A/D, но и возможностью устранени  неоднозначности при их соотношении Di3 VA Di2, где А - любое иррациональное число.

Таким образом, предложенное решение позвол ет существенно упростить систему анализа интерференционного

изображени  в угломерах, а также за счет взаимно противоположного и равного по величине перемещени  удваивает чувствительность угломера к смещению источника излучени , что позвол ет повысить точность

угловых измерений интерференционных угломеров . Така  задача решена впервые и обладает технической новизной.

До сих пор использование интерференционных угломеров в нашей стране ограничено . В производстве пока нет серийно- выпускаемых лазерных угломеров. По периодической печати сведени  о производственном использовании имеютс  лишь о двойном лазерном интерферометре дл 

определени  положени  объектов с погрешностью измерений 0,4 в диапазоне до 0,5. Предлагаемое решение способно сохранить диапазон измер емых величин прототипа (3,5), вдвое повысив его точность (среднеквадратическа  погрешность одного измерени  0,03), что доказывает его практическую ценность.

Claims (3)

1. |Способ измерени  угловых величин, заключающийс  в том, что образуют интер- ферен||ионную картину от одного лазера, фиксируют положение картины, по изменению положени  интерференционной картины судит о величине перемещени , о т л и- чающ|ийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , получают вторую интерференционную картину от того же лазера с углом сходимости волновых фронтов, противоположным по знаку в первой картине , а величину перемещени  измер ют по изменению положени  одной интерференционной картины относительно другой.

2. Устройство дл  измерени  угловых величин, содержащее лазер, предназначенный дл ;скреплени  с объектом, зеркальный блок и систему анализа картины, о т л и ч а- ю щ е е с   тем, что, с целью повышени  точности измерени , зеркальный блок выполнен в виде полупрозрачного зеркала, расположенного по ходу излучени  от лазера , и расположенного по ходу отраженного от полупрозрачного зеркала второго зеркала , состо щего из двух частей, отраженных отражающим покрытием к полупрозрачному зеркалу и развернутых относительно него на углы, противоположные по знаку,

3. Устройство поп.1,отличающее- с   тем, что части второго зеркала смещены относительно оптической оси в противоположные стороны и развернуты относительно плоскости полупрозрачного зеркала на углы р и р2 , определ емые из выражений

arctg

pi arctg

di cos45° .

Dl.2

di cos45° Di.3

где di -световой диаметр полупрозрачногоDi,2 и Di,3 - рассто ни  между полузеркала; прозрачным зеркалом и соответствующей

частью второго зеркала.

а

А

А-А

A fi

/70/re tr#0sH/Jtt

Hill III II

фиг.2