SU1083070A2 - Интерференционное устройство дл измерени перемещений - Google Patents

Abstract

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ по авт.-св. № 911142, отличающеес  тем, что, с целью повьшени  точности и расширени  диапазона измерений, оно снабжено вторым измерительным каналом, содержащим третий фотоприемник, второй электромеханический преобразователь, выполненный с дифференциальным входом , подключенным к выходам первого и второго фотоприемников и с двум  кинематически св занными зеркальносимметричными выходами, две поворотные , платформы, св занные с выходами второго электромеханического преобразовател , две Т-образные пластины одинаковой толщины, установленные на платформах в ходе лучей компенсационного и первого измерительного каналов и одного из плеч второго измерительного канала симметрично относительно плоскости, равноотс то щей от осей поворота платформ и перпендикул рной к проход щим через нее лучам, две П-образные пластины, кажда  из которых установлена со стороны стойки соответствующей Т-образной пластины в ходе лучей другого плеча второго измерительного канала, Т-образные пластины вьшолнены с одинаковыми по высоте ступеньками, расположенньми на одном из торцов в ходе лучей одного из плеч первого измерительного канала, оси поворотов платформ расположены в плоскост х ступенек соответствующих Т-образных пластин на пересечении ступенек с проход щим через них пучком лучей, усеченный двугранньй отражатель вьшолнен общим дл  компенсационного и второго измерительного каналов, датчик нул  вьшолнен с дифференциальным входом подключенным к выходам первого и второго фотоприемников , первый фотоприемник выполнен с дополнительным фотодатчи30 ком, а блок регистрации вьтолнен с :о двум  счетными входами, один из которых св зан с выходом третьего фотоприемника , а второй - с вторым выходом первого фотоприемника.

Description

Изобретение относитс  к контроль но-измерительной технике, предназна чено дл  измерени  перемещений, и может быть использовано при проведе нии научных исследований, например при изучении реакции биологических объектов на воздействие различных физико-химических раздражителей. По основному авт.св. № 911142 известно интерференционное устройст дл  измерени  перемещений, которое содержит оптически св занные источн монохроматического излучени , свето расщепитель, предназначенный дл  формировани  параллельных пучков лучей5 светоделительный блок, первы и второй отражатели и первый дифференциальный фотоприемник, образую щие измерительный канал, третий отражате ,пьэ выполненньш усеченным двугранным, и второй дифференциальн фотоприемник, образующие компенсационньй канал, компенсатор разности хода, общий дл  обоих каналов, поворотную платформу, несущую компенсатор разности хода, электромеханический преобразователь, скрепленный с поворотной платформой и подключен ный к вьпсоду второго фотоприемника, датчик нул , подключенный к выходу второго фотоприемника, и блок регистрации , вьшодненньй с дифференциальным входом, подключенным к выт ходам первого и второго фотоприемников , и св занный с выходом датчик нул . Недостатками устройства  вл ютс  малый диапазон измерений и относительно невысока  точность, так как абсолютна  погрещность измерений, обусловленна  дрейфом и флуктуаци м чувствительности фотодатчиков и интенсивности источника излучени , пропорциональна абсолютному значению измер емой величины. Цель изобретени  - повьщ1ение точ ности и расширение диапазона измерений . Указанна  цель достигаетс  тем, что интерференционное устройство снабжено вторым измерительным каналом , содержащим третий фотоприемник второй электромеханический преобразователь , выполненный с дифференциальным входом, подключенным к вых дам первого и второго фотоприемников и с двум  кинематически св занными зеркально-симметричными выхода ми, две поворотные платформы, св занные с выходами второго электромеханического преобразовател , две Т-образные пластины одинаковой толщины , установленные на платформах в ходе лучей компенсационного и первого измерительного каналов и одного из плеч второго измерительного канала симметрично относительно плоскости, равноотсто щей от осей поворота платформ и перпендикул рной к проход щим через нее лучам, две П-образные пластины, кажда  из которых установлена со стороны стойки соответствующей Т-образной пластины в ходе лучей другого плеча второго измерительного канала, Т-образные пластины вьтолнены с одинаковыми по высоте ступеньками, расположенными на одном из торцов в ходе лучей одного из плеч первого измерительного канала, оси поворотов платформ расположены в плоскост х ступенек соответствующих Т-образных пластин на пересечении ступенек с проход щим через них пучком лучей, усеченньш двугранный отражатель выполнен общим дл  компенсационного и второго измерительного каналов, датчик нул  выполнен с дифференциальным входом, подключенным к выходам первого и второго фотоприемников , первый фотоприемник вьтолнен с дополнительным фотодатчиком, а блок регистрации выполнен с двум  счетными входами, один из которых св зан с выходом третьего фотоприемника , а второй - с вторым выходом первого фотоприемника. На фиг.1 показана принципиальна  схема интерференционного устройства дл  измерени  перемещений; на фиг.2 - то же, вид сбоку, на фиг.З светорасщепители . Интерференционное устройство содержит источник 1 монохроматического излучени , светорасщепитель 2, плоское зеркало 3, второй светорасщепитель 4, поворотную платформу 5, компенсатор 6 оптической разности хпда, установленный на платформе 7, П-образную пластину 8 и Т-образную пластину 9, укрепленную на платформе 10, П-образную пластину 11 и Т-образную пластину 12, укрепленную на платформе 13, двугранньй отражатель 14, отражатель 15 и отражатель 16, установленный на основании 17, отклон ющие зеркала 18-20, щелевые иафрагмы 21-23, первый, второй и

третий фотоприемники 24-26, первый и второй электромеханические преобразователи 27 и 28, датчик 29 нул  и блок 30 регистрации.

Отражатель 14 и фотоприемник 25 образуют компенсационный канал.

Отражатель 15, скрепл емый с измер емым объектом 31, размещаемым на основании 17, отражатель 16 и фотоприемник 26 образуют первый измерительный канал.

Отражатель 14, Т-образные пластины 9 и 12, укрепленные на платформах 10 и 13, и фотоприемник 24 образуют второй измерительный канал.

Светорасщепители 2 и 4 вьтолнены в виде плоскопараллельных пластин, на каждую из граней которых нанесено отражающее покрытие, при этом светорасщепитель 4 вьшолнен со ступеньками дл  образовани  двух интерференционных картин, смещенных относительно друг друга на Л/2 во втором измерительном канале, на 7Г - в компенсационном канале и на Я и Л /2 - в первом измерительном канале. Необходимое смещение достигаетс  соответствующим поворотом платформы 5 с укрепленными на ней плоским зеркалом 3 и светорасщепителем 4.

Кажда  из платформ 5,7,10 и 13 выполнена с возможностью поворота вокруг оси, параллельной зеркалу 3 и перпендикул рной оптической оси источника 1.

Компенсатор 6 оптической разности хода выполнен в виде ромбической призмы с острым углом равньм ЛЗ.

Кажда  из Т-образных пластин 9 и 12 выполнена со ступенькой в ходе лучей одного из плеч первого измерительного канала, обеспечивающей при поворотах платформ 10 и 13 изменение разности хода в этом канале на величину, пропорциональную высоте ступеньки.

Отражатель 14  вл етс  общим дл  компенсационного и второго измерительного каналов и вьшолнен усеченным двугранным. .

Фотоприемник 24 состоит из двух фотодатчиков, смещенных по фазе относительно друг друга на л /2, и подключен к счетному входу блока 30 регистрации.

Фотоприемник 25 состоит из двух , парных фотодатчиков, включенных по балансной схеме и смещенных относительно друг друга по фазе на Л и подключен к датчику 29 нул , электромеханическим преобразовател м 27 и 28 и к дифференциальному входу блока 30 регистрации (подключение к дифференциальному входу блока 30 регистрации на фиг.1-2 не показано)

Фотоприемник 26 состоит из трех фотодатчиков, последовательно смещенных относительно друг друга по фазе на Л /2. При этом фотодатчики смещенные на Л образуют первый (дифференциальный) приемный канал, выход которого подключен к датчику 29 нул , электромеханическому преобразователю 28 и дифференциальному входу блока 30 регистрации (подключение к дифференциальному входу блока 30 на фиг.1-2 не показано) а фотодатчики, смещенные по фазе на Л/2, образуют второй.(счетный) приемный канал, выход которого подключен к второму счетному входу блока 30 регистрации.Введение второго приемного канала обеспечивает определение целого пор дка интерференционной полосы и позвол ет исключить просчет целого числа полос при быстром изменении разности хода , вызывающем кратковременньй срыв слежени , т.е. позвол ет отличать быстрое приращение длины измер емог объекта от воздействи  вибраций.

Датчик 29 нул  выполнен с дифференциальным входом, св занным с выходом фотоприемии1:са 25 и с первым выходом фотоприемника 26, подключен к блоку 30 регистрации и предназначен дл  автоматического вьщелени  результатов измерений, соответствую щих нулевой разности сигналов рассогласовани  с фотоприемника 25 и первого выхода фотоприемника 26.

Электромеханический преобразователь 28 вьшолнен с дифференциапьным входом, св занным с выходом фотоприемника 25 и первым выходом фотоприемника 26, и двум  кинематически св занными зеркально-симметринь№Ш выходами, св занными с поворотными платформами 10 и 13. Использование двух кинематически св занных платформ 10 и 13 с взаимно противоположными направлени ми угловых перемещений исключает боковое смещение лучей при повороте платформы . Так как действие дестабилизирующих факторов вызывает одинаковые по величине изменени  сигналов на выходе фотоприемника 25 и первом вы ходе фотоприемника 26, вьшолнение электромеханического преобразовател с дифференциальным входом допускае угловые перемещени  платформ 10 и св занные только с компенсацией ра ности хода, обусловленной перемеще ем отражател  15. При этом поворот платформ 10 и 13 обеспечива  компенсацию разности хода, обусловленную перемещением отражател  15, не приводит к изменению разности хо в компенсационном канале, т.е. не вызывает изменени  сигнала на выходе фотоприемника 25, так как.через Т-образные пластины проходит каждый из интерферирующих пучков компенсационного канала. Отражатели 15 и 16 целесообразно выполн ть двугранными. Блок 30 регистрации вьшолнен с возможностью реверсивного счета целого числа интерференционных полос и регистрации дробной части полосы например, с использованием тригонометрического преобразовани  на осно электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). П-образные плоскопараллельные пластины 8 и 11 компенсируют разнос хода, вносимую Т-образными пластина ми во втором измерительном канале. Устройство работает следующим оё разомо Пучок излучени  источника 1 пада ет на светорасщепитель 2, который делит его на три параллельных друг другу пучка. Зеркало 3 направл ет пучки в светорасщепитель 4, которьй делит каждьй пучок на два параллель ньж друг другу пучка. Пучки лучей, падающие на двугранный отражатель 14s образуют компенсационный и второй измерительный каналы. Пучки лучей, падающие на отражатели 15 и 16, образуют первый измерительный канал. При обратном ходе лучей свет расщепитель 4 объедин ет попарно пу ки лучей, с образованием трех интер ференционных картин, а отклон ющие зеркала 18-20 направл ют их на фото приемники 24-26 соответственно. Поступательное смещение отражател  15, обусловленное воздействием измер емого объекта 31, измен ет разность хода интерферирующих пучко в первом измерительном канале, что вызывает перемещение полос на чув06 ствительной площадке фотоприемника 26 и следовательно, по вление на его первом выходе электрического сигнала рассогласовани , пропорционального смещению отражател  15. Сигнал рассогласовани  приводит в действие электромеханический преобразователь 28, который разворачивает платформы 10 и 13с установленными на них Т-образными пластинами в положение , обеспечивающее уменьшение сигнала рассогласовани  до нул , компенсиру  тем самым разность, хода, обусловленную перемещением измер емого объекта. Одновременно с этим поворот платформ 10 и 13 вызыйает изменение разности хода интерферирующих пучков во втором измерительном канале, и обусловленное этим перемещение полос интерференционной картины на чувствительной площадке фотоприемника 24, а следовательно, по вление на его выходе электрического сигнала, пропорционального величине смещени  отражател  15 и фиксируемого блоком 30 регистрации. Если толщина Т-образной пластины больше высоты ступеньки в N раз, то разность хода интерферирующих пучков во втором измерительном канале , вносима  поворотом платформ 10 и 13, больше компенсируемой разности кода, обусловленной смещением отражател  15, в такое же число раз. Таким образом, реализуетс  измерение дробной части интерференционной полосы, равное и /N, где Л дробна  часть полосы, реализуема , например, тригонометрическим преобразованием . Изменение разности хода интерферирующих пучков в компенсационной канале,обусловленное вли нием дестабилизирующих факторов среды, вызывает перемещение полос на чувствительной площадке фотоприемника 25, а следовательно, по вление на его выходе электрического сигнала рассогласовани . Сигнал рассогласовани  приводит в действие электромеханический преобразователь 27, который разворачивает платформу 7 с установленным на ней компенсатором 6 оптической разности хода в положение, обеспечивающее уменьщенче сигнала рассогласовани  до нул . Так как воздействие дестабилизирующих факторов вызывает одинаковую разность хода во всех йнтерференц юнных каналах, а компенсатор 6  вл етс  общим дл  них, то разность хода интерферирующих пучков, обусловленна  воздействием дестабилизирующих факторов, компенсируетс  во всех каналах, при этом имеет место и компенсаци  практически неизбежной клиновидности Т-образных пластин, так как пучки лзгчей,лежащие в одной плоскости (например, проход щие через компенсатор 6), расположены, симметрично относительно среднего, а клиновидность  вл етс  линейной величиной, то поворот платформы 10 вызьшает одинаковые изменени  разности хода во всех каналах независимо от направлени  клиновидности . Благодар  зтому, можно испол зовать ступеньки практически сколь угодно малой высоты, т.е. задаватьс сколь угодно большим отношением тол щины Т-образной пластины к высоте ступеньки. Предел определ етс  толь ко нелинейностью рабочих поверхностей пластин. При работе устройства в статичес ком режиме измерений, после предварительной установки нул  в каждом 1 8 из каналов злектромеханический преобразователь 28 выключаетс . Счет целого числа полос обеспечиваетс  вторым счетным каналом устройства, св занного с вторым приемным каналом фотоприемника 26. После счета целого числа полос включаетс  электромеханический преобразователь 28, и вторым измерительным каналом устройства регистрируетс  дробна  часть интерференционной полосы. Светорасщепитель 2, откпон ющ е зеркала 18-20, диафрагмы 21-23 и фотоприемники 24-26 жестко св заны между собой и выполнены в виде единого блока, а щелевце диафрагмы 21-23 ориентированные так, что щели диафрагм параллельны плоскости интерферирующих пучков, целесообразно выполн ть в виде одной, общей дл  всех интерферирующих пучков, щелевой диафрагмы. В отличие от прототипа погрешность измерений дл  предлагаемого устройства не зависит от абсолютного значени  измер емой величины/ Использование изобретени  позвол ет повысить точность и расширить диапазон измерений.

13

ГП/v

(pat.z

(риг. 3

Claims (1)

1. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ по авт.св. № 911142, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, оно снабжено вторым измерительным каналом, содержащим третий фотоприемник, второй электромеханический преобразователь, выполненный с дифференциальным входом, подключенным к выходам первого и второго фотоприемников и с двумя кинематически связанными зеркальносимметричными выходами, две поворотные, платформы, связанные с выходами второго электромеханического преобразователя, две Т-образные пластины одинаковой толщины, установ· ленные на платформах в ходе лучей компенсационного и первого измерительного каналов и одного из плеч второго измерительного канала симметрично относительно плоскости, равноотстоящей от осей поворота платформ и перпендикулярной к проходящим через нее лучам, две П-образные пластины, каждая из которых установлена со стороны стойки соответствующей Т-образной пластины в ходе лучей другого плеча второго измерительного канала, Т-образные пластины выполнены с одинаковыми по высоте ступеньками, расположенными на одном из торцов в ходе лучей одного из плеч первого измерительного канала, оси поворотов платформ расположены в плоскостях ступенек соответствую- S щих Т-образных пластин на пересечении ступенек с проходящим через них пучком лучей, усеченный двугранный отражатель выполнен общим для компенсационного и второго измерительного каналов, датчик нуля выполнен с дифференциальным входом,подключенным к выходам первого и второго фотоприемников, первый фотоприемник выполнен с дополнительным фотодатчиком, а блок регистрации выполнен с двумя счетными входами, один из которых связан с выходом третьего фотоприемника, а второй - с вторым выходом первого фотоприемника.

   »0 f