RU35426U1

RU35426U1 - Linear displacement measuring device

Info

Publication number: RU35426U1
Application number: RU2002127824/20U
Authority: RU
Inventors: А.В. Атнашев; В.Б. Атнашев; П.В. Атнашев; А.С. Боярченков
Original assignee: Атнашев Виталий Борисович
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2004-01-10

Description

определяемым из соотношения sin в l/2J, где в - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, Я длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны Атнашев В.Б., Атнашев А.В., Атнашев П.В., Боярченков А.С. Метод интерференции на дифракционной решетке (метод Атнашева) (часть 11)//Аналитика и контроль. 2001. Т.5, .№ 2. С. 146-153 (прототип). Работа данного устройства основана на эффекте увлечения средой (эффекте Физо). При этом возможно измерение линейного перемещения с высоким быстродействием и в условиях интенсивных фоновых засветок оптического диапазона.determined from the ratio sin in l / 2J, where in is the angle between the thin partially transmitting layer and the wavefront of the light wave, I is the light wavelength, d is the period of interference fringes, the system of which is formed in the thin partially transmitting layer when exposed to a standing light wave Atnashev V .B., Atnashev A.V., Atnashev P.V., Boyarchenkov A.S. Interference method on a diffraction grating (Atnashev method) (part 11) // Analytics and control. 2001.V.5, .№ 2. S. 146-153 (prototype). The operation of this device is based on the effect of entrainment in the environment (the Fizeau effect). In this case, it is possible to measure linear displacement with high speed and in conditions of intense background illumination of the optical range.

К недостаткам данного устройства следует отнести низкую точность измерения линейного перемещения при визуальном наблюдении бегущих интерференционных полос.The disadvantages of this device include the low accuracy of measuring linear displacement during visual observation of traveling interference fringes.

Задачей, которая реализуется в предлагаемой полезной модели, является повышение точности измерения линейного перемещения, измерение скорости, ускорения и направления линейного перемещения, а также частоты вибрации.The task that is implemented in the proposed utility model is to increase the accuracy of measuring linear displacement, measuring the speed, acceleration and direction of linear displacement, as well as vibration frequency.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для измерения линейного перемещения, содержащее оптически сопряженные источник светового излучения, отражающее зеркало, прозрачную плоскопараллельную пластинку, выполненную с возможностьюThe problem is solved due to the fact that the device for measuring linear displacement, containing an optically coupled light source, a reflecting mirror, a transparent plane-parallel plate, made with the possibility

тонкий частично пронускающий слой, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, толщиной не более /1/2, который расположен между источником светового излучения и отражаюпщм зеркалом под углом 0, определяемым из соотнощения sin в A/2d, где в - угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, Я -длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, дополнительно снабжено оптически сопряженной периодической системой, содержащей фотоэлементы, и спектроанализатором, при этом периодическая система расположена позади отражающего зеркала, а отражающее зеркало выполнено частично пропускающим световое излучение,a thin partially penetrating layer, scattering or absorbing the energy of an electric field of a standing light wave, with a thickness of no more than 1/2, which is located between the light radiation source and the reflecting mirror at an angle 0 determined from the relation sin in A / 2d, where c is the angle between a thin partially transmitting layer and the wavefront of the light wave, I is the length of the light wave, d is the period of interference fringes, the system of which is formed in a thin partially transmitting layer when exposed to a standing light wave, is additionally equipped with cally conjugate periodic system containing photovoltaic cells and a spectrum analyzer, the periodic system disposed behind the reflecting mirror and the reflecting mirror is partially transmissive light radiation,

На фиг. представлена схема устройства для измерения линейного перемещения.In FIG. presents a diagram of a device for measuring linear displacement.

Устройство для измерения линейного перемещения содержит оптически сопряженные источник 1 светового излучения, отражающее зеркало 2, прозрачную плоскопараллельную пластинку 3, выполненную с возможностью перемещения по направлению распространения светового -излучения, и тонкий частично пропускающий слой 4, рассеивающий или юглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны, толщиной не более /1/2, который расположен между источником 1 светового хучения и отражаюпщм зеркалом 2 под углом 9, определяемым изA device for measuring linear displacement comprises an optically coupled light radiation source 1, a reflecting mirror 2, a transparent plane-parallel plate 3 made with the ability to move in the direction of propagation of light radiation, and a thin partially transmitting layer 4 that scatters or absorbs the energy of the electric field of a standing light wave, a thickness of not more than / 1/2, which is located between the light source 1 and the reflecting mirror 2 at an angle 9 determined from

Пропускающим слоем 4 и волновым фронтом световой волны, X -длина световой волны, d - период интерференционных полос 5, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое 4 при воздействии стоячей световой волны. Устройство дополнительно снабжено оптически сопряженной периодической системой 6, содержащей фотоэлементы 7, и спектроанализатором 8, при этом периодическая система 6 расположена позади отражающего зеркала 2, а отражающее зеркало 2 выполнено частично пропускающим световое излучение. Периодическая система 6, содержащая фотоэлементы 7, выполнена в виде. линейки или матрицы приборов с зарядовой связью. В качестве источника 1 светового излучения используют полупроводниковый лазер, снабженный коллиматорной линзой 9. Прозрачная плоскопараллельная пластинка 3, выполненная с возможностью перемещения по направлению распространения светового излучения, укреплена на элементе 10 перемещения в качестве которого может быть, например, диффузор акустической колонки (фиг.). Тонкий частично пропускающий слой 4 нанесен на поверхность прозрачной шюскопараллельной пластинки 11. Источник 1 светового излучения, коллиматорная линза 9 и прозрачная шюскопараллельная пластинка 11с тонким частично пропускающем слоем 4 размещены в корпусе 12.The transmitting layer 4 and the wavefront of the light wave, X is the length of the light wave, d is the period of interference fringes 5, the system of which is formed in a thin partially transmitting layer 4 when exposed to a standing light wave. The device is additionally equipped with an optically coupled periodic system 6 containing photocells 7 and a spectrum analyzer 8, while the periodic system 6 is located behind the reflecting mirror 2, and the reflecting mirror 2 is partially transmissive to light radiation. The periodic system 6, containing photocells 7, is made in the form. line or matrix charge-coupled devices. A semiconductor laser equipped with a collimator lens 9 is used as a light source 1 of light. A transparent plane-parallel plate 3, configured to move in the direction of propagation of light radiation, is mounted on the movement element 10, which can be, for example, an acoustic speaker diffuser (Fig.) . A thin partially transmissive layer 4 is deposited on the surface of the transparent schiscoparallel plate 11. A light source 1, a collimator lens 9, and a transparent schiscoparallel plate 11c with a thin partially transmissive layer 4 are placed in the housing 12.

Измерение линейного перемещения осуществляется на настоящем устройстве следующим образом.The linear displacement measurement is carried out on the present device as follows.

поступает на тонкий частично пропускающий слой 4. За счет того, что тонкий частично пропускающий слой 4 рассеивает или поглощает энергию электрического поля стоячей световой волны, и расположен наклонно, в нем образуется система интерференционных полос 5 регистрацию которой можно осуществить в виде сигнала пространственной частоты с периодом следования d. При этом период следования d задан из соотношения: sin & X/2d, где 0 - угол между плоскостью тонкого частично пропускающего слоя 5 и волновым фронтом световой волны, X - длина световой волны. Изображение системы интерференционных полос 5 проецируется через частично пропускающее световое излучение отражающее зеркало 2 на периодическую систему 6 содержащую фотоэлементы 7. Далее, спроецированное изображение системы интерференционных полос 5 на упомянутую систему 6 содержащую фотоэлементы 7 регистрируется в виде их зависимости от местоположения фотоэлементов 7 в периодической системе 6.arrives at a thin partially transmitting layer 4. Due to the fact that the thin partially transmitting layer 4 scatters or absorbs the energy of the electric field of the standing light wave and is inclined, a system of interference fringes 5 is formed in it, which can be recorded as a spatial frequency signal with a period following d. In this case, the repetition period d is set from the relation: sin & X / 2d, where 0 is the angle between the plane of the thin partially transmitting layer 5 and the wave front of the light wave, X is the light wavelength. An image of the interference fringe system 5 is projected through a partially transmitting light radiation reflecting mirror 2 onto a periodic system 6 containing photocells 7. Next, a projected image of the interference fringe system 5 onto said system 6 containing photocells 7 is recorded as their dependence on the location of the photocells 7 in the periodic system 6 .

Так как на прозрачную шюскопараллельную пластинку 3 воздействуют стоячей световой волной, то, за счет эффекта увлечения средой, на тонком частично пропускающем слое 4 наблюдается бегущая интерференционная картина и регистрацию разностной частоты двзос когерентных световых волн (падающей на отражающее зеркало 2 и отраженной от него) осуществляют путем измерения частоты пространственной и временной модуляции стемы интерференционных полос 7. Для этого записанные электрические подвергаются ДвумёрнолцГпреобразованию Фурье (ГЕО времени и пространственной координате). При этом за счет измерения частотыSince the transparent schiscoplane plate 3 is exposed to a standing light wave, due to the effect of entrainment of the medium, a traveling interference pattern is observed on a thin partially transmitting layer 4 and registration of the difference frequency of the bcc of coherent light waves (incident on and reflected from reflecting mirror 2) is carried out by measuring the frequency of the spatial and temporal modulation of the interference band pattern 7. For this, the recorded electric ones undergo DvuhornoltsG Fourier transform (GEO time and rostranstvennoy coordinate). Moreover, by measuring the frequency

пространственной модуляции обеспечивается выделение полезного сигнала на фоне посторонних засветок, а измерение временной частоты модуляции системы интерференционных полос 5 позволяет осуществить измерение линейного перемещения и частоты вибрации, а после соответствующей математической обработки, скорости и ускорения этого перемещения. Кроме того направление и скорость линейного перемещения определяют путем нахождения линейной регрессии на дискретной зависимости пространственной фазы упомянутой системы интерференционных полос 7 от времени. Значение пространственной фазы получают в результате преобразования Фурье. При этом, при равномерном движении интерференционных полос 7, зависимость упомянутой фазы от времени является линейной.spatial modulation provides the selection of a useful signal against the background of extraneous light, and measuring the temporal frequency of the modulation of the system of interference bands 5 allows you to measure linear displacement and vibration frequency, and after appropriate mathematical processing, speed and acceleration of this displacement. In addition, the direction and speed of linear displacement is determined by finding linear regression on the discrete dependence of the spatial phase of the mentioned system of interference fringes 7 on time. The value of the spatial phase is obtained as a result of the Fourier transform. Moreover, with uniform movement of the interference fringes 7, the time dependence of the phase is linear.

Предлагаемое устройство для измерения линейного перемещения позволяет измерять линейное перемещение, скорость, ускорение, направление линейного перемещения, а также частоту вибрации при наличии фоновых засветок оптического диапазона и может найти применение для .измерения физических параметров в различных областях техники.The proposed device for measuring linear displacement allows you to measure linear displacement, speed, acceleration, direction of linear displacement, as well as the frequency of vibration in the presence of background illumination of the optical range and can find application for measuring physical parameters in various fields of technology.

6 6

Claims

A device for measuring linear displacement, containing an optically conjugated light source, a reflecting mirror, a transparent plane-parallel plate made with the ability to move in the direction of propagation of light radiation, and a thin partially transmitting layer scattering or absorbing the energy of an electric field of a standing light wave with a thickness of not more than λ / 2, which is located between the light source and the reflecting mirror at an angle θ, determined from the relation sin θ = λ / 2d, where θ is the angle between the thin partially transmitting layer and the wavefront of the light wave, λ is the light wavelength, d is the period of interference fringes, the system of which is formed in a thin partially transmitting layer when exposed to a standing light wave, characterized in that it is additionally equipped with an optically conjugated periodic system containing photocells and a spectrum analyzer, while the periodic system is located behind the reflecting mirror, and the reflecting mirror is made partially transmitting light radiation.