SU1057777A1 - Интерференционное устройство дл измерени перемещений (его варианты) - Google Patents

Abstract

1. Интерференционное устройство дл  измерени  перемещений, (содержащее основание и платформу, установленную на основании с возможностью поворота, оптически св занные источник монохроматического излучени , размещенные на платформе параллельно друг другу и оси ее поворота плоское зеркало и саеторасщепит .ель, отражатель, скрепл емый с измер емом объектом, первый отражатель , установленньЕй на основании, и первый фотоприемник, образующие измерительный канал, второй отражатель , установленный на основании, и второй фотоприемник, образующие компенсационный кан;:)л, электромеханический преобразователь, св занный с платфомой и подключенный своим входом к выходу второго фотоприемника , и блок регистрации, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений, оно снабжено вторым светорасщепителем. расположенным на основании между источником излучени  и плоским зеркалом так, что плоскость главного сечени  первого светорасцепител  составл ет пр мой угол с плоскостью главного сечени  второго светорасщепител , датчиком нул , вход которого подключен к выходу второго фотоприемника , и дифференциальным усилителем, выход которогр подключен к входу блока регистрации, второй отражатель выполнен с двум  гран ми , образующими пр мой угол, и усеченным плоскостью, перпендикул рной к плоскости главного сеченн  второго отражател , и ориеитировлн так, 8 что плоскость его главного сечени  параллельна плоскости главного сечени  второго светорасцепител , а грани второго отражател  расположены по разные стороны общей плоскости главного сечени  отражател ,скрепленного объектом,и первого отражател ,выходы ;фотоприемников электрически св заны с входами дв| ференциального усилите:л л , а блок регистрации выполнен с вторым входом, к которому подключен ч| выход датчиса нул . ч 2. Интерференционное устро ство дл  измерени  перемещений, содержащее основате и платформу, установленную на основашш с возможностью поворота, оптически св занш) источник монохроматического излучени , размещённые на платформе параллельно друг другу и оси ее поворота плоское зе1жало и светорасщепитель, .отдражатель , скрепл емый с измер емым объектом, первый отражатель, установленный на основании, и первый фотоприемник , образующиеизмерительный .

Description

канал, второй отражатель, установленный на основании, и второй фотоприемник , образующие компенсационный канал, электромеханический преобразователь , подключенный своим входом к выходу второго фотоприемни ка, и блок регистрации, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений, оно снабжено второй платформой, установ ленной на основании между светорасщепителем и отражател ми с возможностью поворота вокруг оси, параллельной оси поворота первой платформы , компенсатором оптической раз ности хода лучей измерительного и компенсационного каналов, помещенны на второй платформе, вторым светорасщепителем , расположенным на осно вании между источником излучени  и плоским зеркалом так, что плоскость главного сечени  первого свет расщепител . составл ет пр мой угол с плоскостью главного сечени  вто7 рого светорасщепител , датчиком нул , вход которого подключен к выходу второго фотоприемника, и дифференциальным усилителем, выход которого подключен к входу блока регистрации , второй отражатель выполнен с двум  гран ми, образующими пр мой угол, и усеченным плоекостыо, перпендикул рной к плоскости главного сечени  второго отражател , и ориентирован так, что плоскость его главного сечени  параллельна плоскости главного сечени  второго светорасщепител , а грани второго отражател  расположены по разные стороны общей плоскости главного сечени  отражател , скрепл емого с объектом, и первого отражател , выходы фотоприемниковэлектрически св заны с входами дифференциального усилител , блок регистрации выполнен с вторымвходом, к которому подключен выход датчика нул ,а электромеханический преобразователь св зан с второй платформой.

1

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике, предназначено дл  измерени  величины малых перемещений и может быть использовано при проведении научных исследований , например, при изучении реакции биологических объектов на воздействие различных физико-химических раздражителей.

Известно устройство дл  измерени  Перемещений, содержащее оптически св занные источник монохроматического излучени  и светорасщепитель , первый отражатель, сжрепл емый .с измер емым объектом, и первый фотоприемник, образующие измерительный канал, второй отражатель и второй фотоприемник, образующие ком пенсационный канал, третий отражатель , оптический элемент, электромеханический преобразователь, подключенный к выходу второго фотоприемника , и блок регистрации, св занный с выходом первого фотоприемника I.

Недостаток указанного устройства - низка  точность измерений, обусловленна  вли нием неконтролируемых условий смещений оптических элементов устройства и температурного градиента в направлении, перпендикул рном измерительному кан,алу

Наиболее близким по технической сущности К предлагаемому  вл етс  интерференционное устройство дл  измерени  перемещеиий, содержащее основание и платформу, установленную на основании с возможностью поворота , оптически св занные источник монохроматического излучени , размещенные на платформе параллельно друг другу и оси ее поворота плоское зеркало и светорасщепитель, отражатель , скрепл емы с измер емым объектом , первый отражатель, установленный на основании, и первый фотоприемник , образующие измерительный канйл, второй отражатель, установлен ый на основании, и второй фотоприемйик , образующие компенсационный канал, электромеханический преобразователь , св занный с платформой и подключенный своим.в ходом к выходу второго фотоприемника, и бло регистрации 2 . Недостатком известного устройств  вл етс  сравнительно низка  точность контрол , обусловленна  тем, что хот  оно и позвол ет скомпенсировать случайные угловые смещени  оптических элементов устройства, но не обеспечивает полной компенсации температурного градиента в направлении , перпендикул рном измерительному каналу. Кроме того,- точность измерений снижаетс  за счет динамической погрешности компенсации дестабилизирующих факторов. Цель изобретени  - повышение точ ности измерений. Цель по первому варианту выполнени  достигаетс  тем, что интерференционное устройство дл  измерени  перемещений, содержащее основание и платформу, установленную на о новании с возможностью поворота, оп тически св занныеисточник монохроматического излучени , размещенные на платформе параллельно друг другу и оси ее поворота плоское зеркало и светорасщепитель, отражатель, скрепл емый с измер емым объектом, первый отражатель, установленный на ос новании, и первый фотоприемнис, образующие измерительный канал, вто рой отражатель,установленный на основании , и второй фотоприемник, об .разующие компенсационный канал, эле тромеханический преобразователь, св занный с платформой и подключенный своим входом к выходу второго фотоприемника, и блок регистрации, снабжено вторым светорасщепителем, расположенным на основании между ис точником излучени  и плоским зеркалом так, что плоскость главного .сеч ни  первого светорасщепител  составл ет пр мой угол с плоскостью главного сечени  второго светорасщепител , датчиком нул , вход котор го подключен к выходу второго фотоприемника , и дифференциальным усили телем, выход которого подключен к входу блока регистрации, второй отражатель выполнен с двум  гран ми, образующими пр мой угол, и усеченным плоскостью, перпендикул рной к плоскости главного сечени  второго отражател , и ориентирован так. что плоскость его главного сечени  параллельна плоскости главного сечени  второго светорасщепител , а грани второго отражател  расположены по разные стороны общей плоскости главного сечени  отражател , скрепл емого с объектом, и первого отражател , выходы фотоприемников электрически св заны с входами дифференциального усилител , а ёлок регистрации выполнен с вторым входом; к которрму подключенвыход датчика нул , I . Указанна  цель по второму варианту достигаетс  тем , что интерференционное устройство дл  измерени  перемещений, содержащее основание и платформу, установленную на основании с возможностью поворота, оптически св занные источник монохроматического излучени , размещенные на платформе параллельно друг другу и оси ее поворота плоское зеркало и светорасщепитель, отражатель, скрепл емый с измер емь1м объектом, первый отражатель, установденный на основании , и первый фотоприемник, образующие измерительнь канал, второй отражатель, установленный на основании , и второй фотоприемник, образующие компенсационный канал, электромеханический преобразователь, подключенный своим входом к выходу второго фотоприемнжа, и блок регистрации , снабжено второй платформой, установленной а основании маащу светорасщепителем, и отражател ми с возможностью поворота вокруг оси, параллельной оси поворота первой платфор и, компенсатором оптической разности хода лучей измерительного и компенсационного каналов, помещённым на второй платформе, вторым светорасщепителем , расположенным на основании между источником излучени  и плоским зеркалом так, что плоскость главного сечени  первого светорасщепител  составл ет пр мой угол с плоскостью главного сечени  второго светорасщепител , датчиком нул , вход которого подключен к выходу второго фотоприемника, и дифференциальным усилителем, выход которого подключен к входу блока регистрации , второй отражатель выполнен с двум  гран ми, образующими пр мой угол, и усеченным плоскостью, перпендикул рной к плоскости главного сечени  второго отражател , и орлентирован так, что плоскость ег главного сечени  параллельна плоскости главного сечени  второго све торасщепитал , а грани второго, отражател  расположены по разные сто роны общей плоскости главного сечени  отражател , скрепл емого с объектом и первого отражател , выходы фотоприемников электрически св заны с входами дифференциального усилител , блок регистрации выполнен с вторым входом, к которому подключен выход датчика нул , а электромеханический преобразователь св зан с второй платформой. На фиг, 1 показана принципиальна  схема первого варианта устройства; на фиг. 2 - принципиальна  схема второго варианта. . Первый вариант устройства (.l содержит основание (не показано) и платформу 1, оптически св занные ис точник 2 монохроматического излучени , второй светорасщепитель 3, пло кое зеркало 4, первый светорасщепитель 5, отражатель 6, скрепл емый с объектом, первый 7 и второй 8 отраж тели, светоделители 9 и 10, первый второй фотоприемники 11 и 12 и элек трически св занные с фотоприемниками 11 и 12 и один с другим дифференциальный усилитель 13, датчик 14 нул , блок 15 регистрации и электро механический преобразователь 16. Второй вариант устройства (фиг.2 кроме того, содержит вторую платформу 17 и компенсатор 18 оптической разности хода лучей измерительного и компенсационного каналов. Платформа 1 установлена на основа нии с возможностью поворота. Плоское зеркало 4 и первый светорасщепитель 5 размещены на платформе 1 параллель но друг другу и оси ее поворота. Отражатель 6 скрепл етс  с измер емым объектом 19, а первый и второй отражатели 7 и 8 -установлены на основании . Второй светорасщепитель 3 распо ложен на основании между источником 2 и плоским зеркалом 4 так, что плос кость главного сечени  первого светорасщепител  5 составл ет пр мой угол с плоскостью главного сечени  второго светорасщепител  3. Элементы устройства 6, 7, 5, 4, 9и11 образуют измерительный канал, а элементы 8, 5, 4, )0и12- компенсационный канал. Второй отражатель 8 выполнен с .двум  гран ми, образующими пр мой угол, усечен плоскостью, перпендикул рной к плоскости его главного сечени , и ориентирован так, что плоскость главного сечени  второго отражател  8 параллельна плоскости главного сечени  второго светорасщепител  3, а грани второго отражател  8 расположены по разные стЬроны общей плоскости главного сечени  отражателей 6 и 7. Первый и второй светорасщепители 5 и 3 выполнены идентичными в виде плоекопараплельной стекл нной пластины , на одну из поверхностей которой нанесено отражающ1ее покрытие. Отражатели 6 и 7 выполнены в виде плоских зеркал. Однако возможны и другие варианты выполнени  указанных элементов. Гак, например, один или оба светорасщепител  3 и 5 могут осуществл ть деление пучка лучей от источника 2 не по амплитуде, а по фронту, а один или оба отражател  6 и 7 могут быть двугранными . Фотоприемники И и 12 выполнены дифференциальными, а их выходы подключены к входам дифференциального усилител  13, а выход фотоприемника 12, кроме того - к входу датчика 14 нул  и к входу электромеханического преобразовател  16. Блок 15 регистрации выполнен с двум  входами , к одному из которых подключен выход дифференциального усилител  13, а к другому - выход датчика 14 нул . В перв.ом варианте устройства (фиг. 1) электромеханический преобразователь 16 скреплен с платформой 1, а отражающее покрытие отражател  8 (плоское зеркало) имеет ступеньку высотой Я/2, где - длина волны излучени  источника 2. Во втором варианте устройства фиг. 2) электромеханический преобазователь Г6 скреплен с второй латформой 17, установленной на осовании между светорасщео телем 5 отражател ми 6, 7 и 8 с возможостью поворота вокруг оси, параллельой оси поворота первой платформы 1, компенсатор 18 оптической разности оДа лучей измерительного и компенационного каналов размещен на второй платформе 17. Компенсатор 18 вы полнен в виде одиночной призмы, но возможны и другие варианты его выпол нени , например и виде системы призм или зеркал. Пучок излучени  источнж а 2 падает на светорасщепитель 3, который делит его на два параллельных один другому пучка одинаковой интенсивности и направл ет их на зеркало 4, Зеркало 4 направл ет оба пучка на светорасщепитель 5, который делит каждый пучок на два параллельных оди другому пучка и направл ет их на отражатели 6, 7 и 8. Отражатели 6, 7 и 8 возвращают пучки лучей в направлении светорасщепител  5, который объедин ет эти пучки с образованием двух интерференционных картин. одна из которых переноситс  светоделителем 9 в плоскость чувствительной площадки фотоприемника 1I измерительного канала, а друга  - светоделителем 10 в плоскость чувствительной площадки фотоприемника 12 компенсационного канала. Поступательное смещение отражател  6, обусловленное воздействием измер емого объекта 19у измен ет разность хода интерферирующих пучков в измерительном канале, что вызы вает перемещение интерференционной картины на чувствительной площадке ф топриемника Н, а следовательно, и по вление на его выходе электрическо го сигнала, который при отсутствии д стабилизирующих факторов пропорциона лен смещению отражател  6. Изменение разности хода интерферирующих пучков в измерительном и компенсационном каналах, обусловленное вли нием дестабилизирующих факто ров, вызывает перемещение интерферен ционных картин на чувствительных плО щадках фотоприемников II и 12, а еле довательно, и по вление на их выходах злектрических сигналов рассогласовани , пропорциональных воздействи деста билизирующих факторов. Дифференциальный усилитель 13 уси ливает сигнал с выходов фотог}риемников 11 и 12 и осуществл ет их вычита ние, а блок 15 регистрации фиксирует .разностный сигнал, который в случае малости сигнала рассогласовани  пропорционален воздействию только измер емого объекта. Одновременно сигнал рассогласовани  с выхода фотоприемника 12 компенсационного канала поступает на вход злектромеханического преобразовател  16,.который разворачивает платформу 1, обеспечива  тем самым уменьшение сигналов рассогласовани  в измерительном и компенсационном каналах до нул . Сигнал рассогласовани  с выхода фотоприемника 12 компенсационного канала поступает также и на вход датчика 14, который позвол ет блоку 15 регистрации выделить из всей серии измерений те из них, которые соответствуют нулевому сигналу рассогласовани  (или сигналу рассогласовани , значение которого меньше наперед заданного), что обеспечивает высокую точность измерений даже при наличии интенсивного фона дестабилизирующих воздействий. Устройство по второму варианту (фиг. 2) работает аналогично. Отличие состоит в том, что компенсаци  вли ни  дестабилизирующих факторов осуществл етс  путем разворота второй платформы 17 с установленным на ней компенсатором 18. А так как масса элементов 17 и 18 второго варианта устройства меньше массы злементов 1, -4 и 5, то меньше и их момент инерции относительно оси вращени , НТО снижает динамическую погрешность |сомпенсации и, следовательно, позпол ет проводить измерени  при более быстрых флуктуаци х внешних дестабилизирующих факторов по сравнению с первым вариантом устройства. В обоих вариантах устройства целесообразно использовать дифференциальные фотоприемники. В зтом случае интерференционна  картина на чувствительной площадке каждого из фотоприемников должна состо ть из двух частей, смещенных одна относительно другой на половину ширины интерференционной полосы. Необходимое смещение может быть достигнуто за счет введени  дл  члсти лучей каждого из каналов фазовой з щержки в и рад, например, путем выполнени  со ступенькой соответствующих оптических злементов. В первом варианте устройства т. кими элементами могут быть отражатели 7 и 8. Во втором варианте устройства ступеньку целесообразно выполнить на одной из отражающих граней светорасщепнтел  5, так как в этом случае можно не предъ вл ть жестких требований к выдерживанию необходимой высоты ступеньки, поскольку смещение двух частей интерференционной картины на каждом из фотоприемников можно регулировать путем разворота платформы I.

Оба варианта устройства допускают использование дополнительного интерференционного канала в обратном ходе лучей за светорасщепителем 3, например ,в качестве рефракционного канала.

P&(ppat(i /ГОГУ/ЙУ

5

W

Н

Второй вариант устройства имеет более высокие эксплуатационные характеристики , Что достигаетс  в результате его усложнени .

Снабжение устройства вторым светорасщепителем 3, дифференциальным усилителем 13 и датчиком 14 в совокупности с соответствующим выполнением остальных элементов позвол ет повысить точность измерений путем снижени  вли ни  внешних дестабилизируюнщх факторов.

А7

иг.1

Рефракц. канал

фиг.2

19

Claims (2)

1. Интерференционное устройство для измерения перемещений, Содержащее основание и платформу, установленную на основании с возможностью поворота, оптически связанные источник монохроматического излучения, размещенные на платформе параллельно друг другу и оси ее поворота плоское зеркало и светорасщепит.ель, отражатель, скрепляемый с измеряешм объектом, первый отражатель, установленный на основании, и первый фотоприемник, образующие измерительный канал, второй отражатель, установленный на основании, и второй фотоприемник, образующие компенсационный канал, электромеханический преобразователь, связанный с платфомой и подключенный своим входом к выходу второго фотоприемника, и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено вторым светорасщепителем, расположенным на основании между источником излучения и плоским зеркалом так, что плоскость главного сечения первого светорасщепителя составляет прямой угол с плоскостью главного сечения второго светорасщепителя, датчиком нуля, вход которого подключен к выходу второго фотоприемника, и дифференциальным усилителем, выход которогр подключен к входу блока регистрации, второй отражатель выполнен с двумя гранями, образующими прямой угол, и усеченным плоскостью, перпендикулярной к плоскости главного сечения второго отражателя, и ориентирован так, что плоскость его главного сечения параллельна плоскости главного сечения второго светорасцепителя, а грани второго отражателя расположены по разные стороны общей плоскости главного сечения отражателя,скрепленного с объектом,и первого отражателя,выходы фотоприемников электрически связаны с входами дифференциального усилителя, а блок регистрации выполнен с вторым входом, к которому подключен выход датчиса нуля.

2. Интерференционное устройство для измерения перемещений, содержащее основание и платформу, установленную на основании с возможностью поворота, оптически связанные источник монохроматического излучения, размещённые на платформе параллельно друг другу и оси ее поворота плоское зеркало и светорасщепитель, отражатель, скрепляемый с измеряемым объектом, первый отражатель, установленный на основании, и первый фотоприемник, образующие-измерительный .

канал, второй отражатель, установленный на основании, и второй фотоприемник , образующие компенсационный канал, электромеханический преобразователь, подключенный своим входом к выходу второго фотоприемника, и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено второй платформой, установленной на основании между светорасщепителем и отражателями с возможностью поворота вокруг оси, параллельной оси поворота первой платформы, компенсатором оптической разности хода лучей измерительного и компенсационного каналов, помещенным на второй платформе, вторым светорасщепителем, расположенным на основании между источником излучения и плоским зеркалом так, что плоскость главного сечения первого светорасщепителя составляет прямой угол с плоскостью главного сечения вто рого светорасщепителя, датчиком нуля, вход которого подключен к выходу второго фотоприемника, и дифференциальным усилителем, выход которого подключен к входу блока регистрации, второй отражатель выполнен с , двумя гранями, образующими прямой угол, и усеченным плоскостью, перпендикулярной к плоскости главного сече | ния второго отражателя, и ориентирован так, что плоскость его главного сечения* параллельна плоскости главного сечения второго светорасщепителя, а грани второго отражателя расположены по разные стороны общей плоскости главного сечения отражателя, скрепляемого с объектом, и первого отражателя, выходы фотоприемников ' электрически связаны с входами дифференциального усилителя, блок регистрации выполнен с вторымвходом, к которому подключен выход датчика нуля,а электромеханический преобразователь связан с второй платформой.