RU2599912C2 - Устройство для измерения изменения угловой координаты объекта в плоскости - Google Patents

Устройство для измерения изменения угловой координаты объекта в плоскости Download PDF

Info

Publication number
RU2599912C2
RU2599912C2 RU2014102970/28A RU2014102970A RU2599912C2 RU 2599912 C2 RU2599912 C2 RU 2599912C2 RU 2014102970/28 A RU2014102970/28 A RU 2014102970/28A RU 2014102970 A RU2014102970 A RU 2014102970A RU 2599912 C2 RU2599912 C2 RU 2599912C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plane
receiving unit
source
radiation
zones
Prior art date
Application number
RU2014102970/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014102970A (ru
Inventor
Екатерина Витальевна Романова
Михаил Васильевич Хорошев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК)
Priority to RU2014102970/28A priority Critical patent/RU2599912C2/ru
Publication of RU2014102970A publication Critical patent/RU2014102970A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2599912C2 publication Critical patent/RU2599912C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C1/00—Measuring angles
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0062—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between
    • G02B3/0068—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between arranged in a single integral body or plate, e.g. laminates or hybrid structures with other optical elements

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения изменения углового положения удаленных объектов. Заявлено устройство для определения измерения изменения угловой координаты объекта в плоскости содержит точечный источник излучения, связываемый с контролируемым объектом, установленный по ходу излучения приемный блок, включающий в себя два плоских зеркала, расположенных на одинаковом расстоянии от источника, разнесенных в плоскости контроля и ориентированных так, что их нормали лежат в плоскости контроля и образуют углы 45° с направлением на источник. При этом отражающие поверхности зеркал обращены одна к другой. Для обеспечения устранения неоднозначности отсчета используются две рабочие зоны каждого из входных зеркал, выбранные таким образом, что расстояния между соответствующими осевыми лучами пучков, падающих на эти зоны, относятся друг к другу как иррациональное число. Приемный блок может быть выполнен в виде склейки двух призм с нанесенными на ее грани отражающими и светоделительными поверхностями в соответствии с аналогичными поверхностями исходного устройства. Технический результат - уменьшение габаритов, массы и себестоимости прибора и упрощение схемы устройства. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения изменения углового положения удаленных объектов.
Известно устройство «Звездный интерферометр Майкельсона», сущность которого заключается в установке его с возможностью поворота вокруг оси, направленной на объект и выполненной в трехканальном варианте, каждый из которых включает отклоняющие зеркала, фокусирующую систему, измеритель контраста и общее регистрирующее устройство. [Патент РФ №2103662, M. Кл. G01B 11/26, 9/02 от 11.11.1996 г.]
Недостатком данного устройства являются большие габариты и сложность исполнения приборной схемы.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для определения изменения угловой координаты объекта в плоскости», включающее точечный источник излучения, два входных плоских зеркала, два интерференционных смесителя и блок регистрации интерференционной картины. [А.С. СССР №1290063, М. Кл. G01B 11/26 от 31.10.1984 г. (прототип).]
Недостатками данного устройства являются также большие габариты и вес устройства.
Целью изобретения является упрощение схемы устройства, уменьшение габаритов, массы и себестоимости прибора.
Указанная цель достигается за счет применения четырех отражающих поверхностей, использующихся обоими каналами устройства. То есть для каждого канала используется своя отдельная часть (зона) общего приемного блока.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан геометрический ход лучей в приемном блоке; на фиг. 2 показаны геометрические параметры приемной системы, на фиг. 3 показан приемный блок, выполненный в виде склейки двух призм.
Устройство содержит два входных плоских зеркала -1 и -2, светоделительную поверхность -3 и контрзеркало -4. Осевые лучи пучков излучения, испускаемых точечным источником, обозначены позициями -5, -6, -7 и -8, а осевые лучи проинтерферировавших пучков обозначены позициями -9 и -10.
Приемные поверхности зеркал -1, -2 размером поверхности равным -d2 (при минимальном размере приемной поверхности d2min, необходимом для обеспечения устранения неоднозначности отсчета расстояния между двумя базами D0 и D1 в проекции на плоскость приемного зеркала) и светоделительная поверхность -3 размером светоделительной поверхности равной d3 имеют одинаковые габариты. Нормали к этим поверхностям лежат в плоскости контроля, обращены к исследуемому объекту и образуют с направлением на объект угол 45°. Светоделительная поверхность -3 симметрична зеркалу -1 и составляет с ним прямой угол. При этом поверхность -3 параллельна зеркалу -2 и расстояние между ними составляет величину, равную их габаритному размеру. Расстояния между осевыми лучами пучков -5 и -6, -7 и -8 в плоскости измерения относятся друг к другу как иррациональное число. Контрзеркало -4 расположено параллельно плоскости измерения, нормаль к его зеркальной поверхности образует с направлением на исследуемый объект угол 180°. Габаритный размер контрзеркала -4 (D4) в
Figure 00000001
раз меньше габаритного размера поверхности -3, так как контрзеркало -4 является проекцией светоделительной поверхности -3 на плоскость, параллельную плоскости измерения.
В связи с тем что в плоскости анализа образуются интерференционные полосы бесконечной ширины, то для получения линейной ширины полосы угол между зеркалом -1 и частично пропускающим зеркалом -3 выполняют отличным от 45° на величину φcx порядка 30′. Плоскости зеркал -1 и -2 образуют базу приема (расстояние между двумя базами D0 и D1 в проекции на плоскость приемного зеркала).
Устройство работает следующим образом.
Отправленный лазером когерентный пучок напрямую или после отражения от объекта возвращается в приемный блок, который состоит из четырех зеркал (-1,-2,-3,-4), два глухих зеркала (-1 и -2) образуют базу приема, а частично пропускающее (светоделительное) -3 и глухое зеркало -4 являются оптическим смесителем. Из-за смещения источника или поворота объекта (отражателя) возникает оптическая разность хода в двух ветвях каждого канала интерферометра: в ветвях, образованных пучками с осевыми лучами пучков -5 и -6, -7 и -8, соответственно. В результате взаимодействия этих пучков на выходе из системы зеркал появляются выходящие пучки с осевыми лучами -9 и -10, образующие две интерференционные картины с шагом полос, не кратным друг другу. По смещению интерференционных полос судят об изменении углового положения объекта. Устройством регистрации служит фотоприемное устройство, например веб-камера.
Излучение источника одновременно засвечивает приемные зеркала -1 и -2. Левая ветвь первого канала, ось которого обозначена как -5, отражаясь от левого зеркала -1, попадает на зеркальную поверхность -3, отражается от нее и попадает на контрзеркало -4, от которого также отражается, возвращается на светоделительную поверхность -3 и проходит через нее в направлении луча -9. Таким образом, в плоскость анализа попадает излучение одного из участков волнового фронта (для первого канала). Правая ветвь первого канала, ось которого обозначена как луч -6, отражаясь от правого зеркала -2, попадает на светоделительную поверхность -3 и отражается от нее в направлении луча -9. В результате в плоскость анализа попадает излучение второго участка волнового фронта. Сразу за частично пропускающим зеркалом -3 пучки первого канала, оси которых обозначены как пучки -5 и -6, взаимодействуют, образуя интерференционную картину. Положение интерференционных полос в этой картине зависит от положения источника относительно приемных зеркал -1 и -2. Если объект смещается от первоначального положения, то в плоскости анализа происходит перемещение интерференционных полос, которое фиксируют и получают информацию об изменении углового положения объекта.
Пучки второго канала, оси которых обозначены как -7 и -8, проходят систему аналогично пучкам первого канала и покидают систему в направлении луча -10. Таким образом, в плоскости анализа образуются и регистрируются две интерференционные картины. Угловая ширина интерференционных полос в каждой из картин определяется расстоянием между осевыми лучами пучков -5 и -6, -7 и -8 соответственно. Так как эти расстояния различны и относятся друг к другу как иррациональное число, то и угловая ширина интерференционных полос для каждой из картин имеет различные значения. Поэтому одному и тому же значению угловой координаты объекта относительно приемных зеркал соответствуют разные значения целой и дробной части интерференционных полос в каждом из каналов, что позволяет устранить неоднозначность интерференционных измерений. По значениям дробной части в каждом из каналов определяется также и целое число полос, и, следовательно, истинное значение угловой величины. Одному и тому же значению дробной части смещения интерференционной полосы одного из каналов соответствуют сразу несколько значений. Значение дробной части, измеренное по второму каналу, тоже дает неоднозначный отсчет. Совпадение происходит только при одном значении абсолютной величины в том случае, когда отношение расстояний между осевыми лучами пучков -5 и -6, -7 и -8 равно иррациональному числу, например квадратному корню из любого числа, не являющегося полным квадратом.
Для обеспечения жесткого взаимного расположения четырех зеркал -1, -2, -3, -4 приемный блок выполнен в виде склейки двух призм с нанесенными на ее грани отражающими и светоделительными поверхностями в соответствии с аналогичными поверхностями устройства для измерения изменения угловой координаты объекта в плоскости.
Геометрические параметры устройства для измерения изменения угловой координаты объекта в плоскости:
D0 - база приема первого канала;
D1 - база приема второго канала;
d2 - размер приемной поверхности зеркал -1 и -2;
d2min - минимальный размер приемной поверхности, необходимый для обеспечения устранения неоднозначности отсчета (расстояние между двумя базами D0 и D1 в проекции на плоскость приемного зеркала);
d3 - размер светоделительной поверхности -3;
D4 - размер контрзеркала -4;
А - проекция сечения пучка канала, необходимого для засветки чувствительной площадки приемника излучения.

Claims (2)

1. Устройство для определения изменения угловой координаты объекта в плоскости, включающее блок регистрации интерференционной картины, точечный источник излучения, связанный с контролируемым объектом, установленный по ходу излучения приемный блок, включающий в себя два плоских зеркала, расположенных на одинаковом расстоянии от источника, разнесенных в плоскости контроля и ориентированных так, что нормали лежат в плоскости контроля и образуют углы близкие к 45° с направлением на источник, а отражающие поверхности обращены одна к другой, частично пропускающее зеркало, нормаль которого также лежит в плоскости контроля и образует с направлением на источник угол 45°, и контрзеркало, обращенное зеркальной поверхностью к плоскости измерения, отличающееся тем, что устройство имеет один оптический приемный блок, в котором используются две рабочие зоны каждого из входных зеркал, выбранные таким образом, что расстояние между соответствующими осевыми лучами пучков, падающих на эти зоны, относятся друг к другу как иррациональное число.
2. Устройство для определения изменения угловой координаты объекта в плоскости, включающее точечный источник излучения, связанный с контролируемым объектом, установленный по ходу излучения приемный блок, выполненный в виде склейки прямоугольной и ромбоидальной призм с нанесенными на их грани отражающими и светоделительными покрытиями, и блок регистрации интерференционной картины, отличающееся тем, что устройство состоит из одного оптического приемного блока, в котором используются две рабочие зоны каждой из входных отражающих поверхностей, выбранные таким образом, что расстояния между соответствующими осевыми лучами пучков, падающих на эти зоны, относятся друг к другу как иррациональное число.
RU2014102970/28A 2014-01-30 2014-01-30 Устройство для измерения изменения угловой координаты объекта в плоскости RU2599912C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014102970/28A RU2599912C2 (ru) 2014-01-30 2014-01-30 Устройство для измерения изменения угловой координаты объекта в плоскости

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014102970/28A RU2599912C2 (ru) 2014-01-30 2014-01-30 Устройство для измерения изменения угловой координаты объекта в плоскости

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014102970A RU2014102970A (ru) 2015-09-27
RU2599912C2 true RU2599912C2 (ru) 2016-10-20

Family

ID=54250623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014102970/28A RU2599912C2 (ru) 2014-01-30 2014-01-30 Устройство для измерения изменения угловой координаты объекта в плоскости

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2599912C2 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989000674A1 (en) * 1987-07-16 1989-01-26 Polymetric Ab An optical angle-measuring device
RU2149355C1 (ru) * 1999-01-19 2000-05-20 Курский государственный технический университет Устройство для автоматического определения изменений угловой координаты объекта
US7978321B2 (en) * 2006-08-22 2011-07-12 Rolling Optics Ab Angle measurements

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989000674A1 (en) * 1987-07-16 1989-01-26 Polymetric Ab An optical angle-measuring device
RU2149355C1 (ru) * 1999-01-19 2000-05-20 Курский государственный технический университет Устройство для автоматического определения изменений угловой координаты объекта
US7978321B2 (en) * 2006-08-22 2011-07-12 Rolling Optics Ab Angle measurements

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014102970A (ru) 2015-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2014202103B2 (en) Apparatus For Detecting A 3D Structure Of An Object
CN101251484B (zh) 基于调制的微型傅里叶变换光谱仪
US9766326B2 (en) Laser tracker with calibration unit for self-calibration
CN100354599C (zh) 共光程频率扫描干涉仪
US20170131081A1 (en) Interferometric distance measurement based on compression of chirped interferogram from cross-chirped interference
US4969744A (en) Optical angle-measuring device
US9091529B2 (en) Grating-based scanner with phase and pitch adjustment
US20080174785A1 (en) Apparatus for the contact-less, interferometric determination of surface height profiles and depth scattering profiles
US11169026B2 (en) Optical measurement systems and methods thereof
TWI452262B (zh) 同時量測位移及傾角之干涉儀系統
EP2793042B1 (en) Positioning device comprising a light beam
CN106019259A (zh) 基于马赫曾德干涉仪的激光鉴频装置及鉴频方法
CN106352985B (zh) 一种非对称空间外差光谱仪结构
CN110082071B (zh) 一种直角棱镜光学平行差的测量装置及方法
RU2599912C2 (ru) Устройство для измерения изменения угловой координаты объекта в плоскости
US20070019210A1 (en) Time-delayed source and interferometric measurement of windows and domes
Schäfer et al. Observing the integrated and spatially resolved Sun with ultra-high spectral resolution
CN109556566B (zh) 一种三基座间相对三维姿态角测量系统及方法
KR101792632B1 (ko) 측정 불가 구간과 방향 모호성이 없는 절대거리 측정을 위한 분광형 간섭계 시스템
US10627215B1 (en) Optical sensor
CN114705136B (zh) 基于光谱辨析技术的自准直绝对测角方法及系统
SU1290063A1 (ru) Способ определени изменений угловой координаты объекта в плоскости и устройство дл его осуществлени
CN110196105B (zh) 基于后向反射器剪切干涉的准直波前测量方法
RU2155320C2 (ru) Способ интерференционных измерений в диффузно-когерентном излучении
SU1364866A1 (ru) Интерференционное устройство дл измерени угловых перемещений

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170131