SU1165884A1 - Устройство дл измерени дробной части интерференционной полосы - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ЦЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДРОБНОЙ ЧАСТИ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ ПОЛОСЫ , содержащее оптически св занные источник монохроматическога излучени , интерферометр с узлом сканировани  интерференционной картины-, первый-фотоприемник, два формировател , два триггера, два логических элемента И, первый регистр пам ти, .первый блок -сравнени , первый делитель частоты, счетчик и индикатор, вьгход узла сканировани  интерференционной картины соединен с входом первого формировател , выход которого соединен с входом Установка единицы первоготриггера, выход первого фотоприемника соединен с входом второго формировател , выход первого триггера подключен к первому входулогического элемента И, о- т л ичающее с   тем, что, с целью повышени  точности измерени , оно снабжено интерферометром с регулируемой ценой полосы, оптически св занным с источником монохромати-. ческого излучени , вторым фотоприемником , вторым регистром пам ти,. вторым блоком сравнени  и вторым делителем частоты, двум  блоками определени  экстремума, двум  аналого-. цифровыми преобразовател ми, блоком умножени , входы первого блока определени  экстремума и первого аналого-цифрового преобразовател  подключены к выходу первого фотоприемника , входы второго блока определени  экстремума и второго анало- . го-цифрового преобразовател - к выходу второго фотоприемника, выходы первого и второго блоков определени  экстремума соединены соответственно с входами управлени  первого и второго коммутаторов-, выходы первого и второго аналого-цифровых преобразосл вателей соединены соответственно с информационнымивходами первого и второго регистров пам ти и первыми входами первого и второго блоков сравнени , вторые входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго регистров пам ти, 05 сл третьи входы - к выходам первого и второго триггеров, выходы первого 00 и второго блоков сравнени  соединены 00 4 соответственно с входами первого и второго делителей частоты и с первыми информационными входами первого и второго коммутаторов, вторые информационные входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго делителей частоты, управл ющий вход первого регистра пам ти подключен к выходу первого формировател , управл ющий вход второго регистра пам ти - к выходу первого логического элемента И и входу Установка единицы второго триггера, выход первого коммутатора соединен

Description

с первым входом второго логического элемента И, второй вход которого и информационный вход счетчика подключены к выходу второго коммутатора, выход второго логического элемента И соединен с входами Установка нул  первого и второго триггеров, вход

блока умножени  Подключен к выходу счетчика, выход блока умножени  соединен с входом индикатора, выход первого формировател  соединен с входом Установка нул  счетчика,выходвторого формировател - с вторым входомлогического эле1 ентай

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  микроперемещений различньк объектов.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени .

На фиг.1 приведена функциональна  схема устройства дл  измерени  дробной части интерференционной полосы; на фиг.2 - временные диагра мы сигналов на выходе отдельных блоков.

Устройство содержит источник 1 монохроматического излучени , интерферометр 2, интерферометр 3с регулируемой ценой полосы, фотопри- емники 4 и 5, блоки 6 и 7 определени  экстремума, аналого-цифровые преобразователи 8 и 9. регистры 10 и 11 пам ти, блоки 12 и 13 сравнени , коммутаторы 14 и 15, делители 16 и 17 частоты (с емкостью два), узел 18 сканировани  интерференционной картины, первый формирователь 19, триггеры 20 и 21., второй формирователь 22, логические элементы И 23, 24, счетчик 25, блок 26 умножени  и индикатор 27. Измер етс  линейное перемещение объекта 28.

С объектом 28 св заны подвижные части интерферометра 2 и интерферометра 3 с регулируемой ценой полосы, источником света которых  вл етс  источник 1 когерентного монохроматического излучени .На оптическом выходе интерферометра 2 установлен первый фотоприемник 4, а на оптическом выходе интерферометра 3 - второй фотоприемник 5.К . первому фотоприемнику 4 подключены первый блок 6 определени  экстремума , первый аналого-цифровой .преобразователь 8 и второй формирователь 22, а к второму фотоприемнику .5 - второй блок 7 определени  экстремума и второй аналогоцифровой преобразователь 9. С выходом первого аналого-цифрового преобразовател  8 соединен информационный вход первого регистра 10 пам ти и первый вход первого блока 12 сравнени , а с выходом второго аналого-цифрового преобразовате9- аналогичные входы второго

л  9 - аналогичные входы второго регистра 11 пам ти и блока 13 сравнени . Выход первого регистра 10 пам ти подключен к второму входу первого блока 12 сравнени , а выход второго регистра 11 - к втором входу второго блока 13 сравнени . Выход первого блока 6 определени  экстремума св зан с входом управлени  первого коммутатора 14, а выход второго блока 7 определени  экстремума - с входом управлени  второго коммутатора 15. Информационные входы первого коммутатора 14 подключены к выходам первого блока 12 сравнени  и первого делител  16 частоты с емкостью два. Информационные входы второго коммутатора 15 подключены к выходам второго блока 13 сравнени  и второ делител  частоты с емкостью два. Выходы блоков 12 и 13 «равнени  соединены с входами делителей 16 и 17 частоты (с емкостью два). Первый и второй входы логического элемента И 24 подключены к выходам коммутаторов 14 и 15, а его выход св зан с входами Установка нул  триггеров 20 и 21. Вход Установка единицы первого триггера 20, управл ющий вход первого регистра

10пам ти и вход Установка нул  3 L-ч тчика 25 подключены к пе вого формировател  19, а вход Установка единицы второго тригге ра 21 и управл ющий вход второго р гистра 11 пам ти соединены с выходом логического элемента И 23. Вто рой вход логического элемента И 23 подключен к выходу второго формировател  22, а первый вход и третий вход первого блока 12 сравнени  .- к выходу первого триггера 20. Выход-второго триггера 21 подключен к третьему входу второго блока 13 сравнени . С интерферометром 2 оптически св зан узел 18 сканировани  интерференционной картины, выход которого подключен к входу первого формировател  19. С выходом второго коммутатора 15 соединен информационный вход счетчика 25, к выходу которого подключены последовательно соединенны блок 26 умножени  и индикатор 27, В устройстве использован интерферометр 2, выполненный по схеме типа Майкельсона, и интерферометр 3с регулируемой ценой полосы, выполненный по модифицированной схеме Майкельсона с наклонным зеркалом . Устройство работает следующим образом. Перед измерением оно приводитс  в исходное состо ние, при котором на выходах триггеров 20 и 21 форми руютс  уровни логического нул . В процессе линейного перемещени  объекта 28 одновременно с ним перемещаютс  подвижные части интер ферометра 2 и интерферометра 3 с регулируемой ценой полосы. Интерферометр 3 отрегулирован таким образом , что цена его интерференцион ной полосы незначительно меньше цены интерференционной полосы интерферометра 2. Фотоприемники 4и 5 преобразуют оптические сигна интерферометров 2 и 3 в гармоничес кие электрические сигналы, периоды следовани  которых соответствуют цене интерференционных полос указанных интерферомет юв. Аналого-ци ровые преобразователи 8 и 9 осуществл ют периодическое преобразование поступающих на их входы синусо идально измен ющихс  напр жений в цифровые коды. Блоки 6 и 7 опре- -делени  экстремума формируют пр мо 844 угольныъ импульсы при достижении электрическими сигналами, поступающими на их входы, максимальных и минимальных значений. Формирова- тель 22 формирует короткие пр моугольные масштабные импульсы, период следовани  которых соответствует периоду следовани  интерференционных полос интерферометра 2, причем их по вление сведетельствует об окончании этого периода. Формирование масштабного импульса на выходе второго формировател  22 может, быть прив зано к произволь- . ному уровню электрического сигнала первого фотоприемника 4, например , максимальному, минимальному значени м, моменту пересечени  нулевого значени . В устройстве формирователь 22 формирует короткие масштабные импульсы при прохождении гармонического сигнала на его входе через нулевые значени  (фиг.2). В процессе сканировани  интерференционной картины интерферометра 2 узлов 18 сканировани , первый формирователь 19 формирует командный импульс (фиг.2). Сформированный импульс поступает на управл ющий вход первого регистра 10 пам ти. При этом в регистр 10 вводитс  цифровой код, формируемый в этот момент времени на выходе первого аналого-цифрового преобразовател  8. Одновременно этот же импульс переключает первый триггер 20 в состо ние логической единицы и поступает на вход установки нул  счетчика 25, записьша  в негонуль. вровень логической единицы с выкода триггера 20 поступает на третий вход первого блока 12 сравнени ,  вл  сь дл  него сигналом разрешени  его работы. После прихода этого сигнала блок 12 сравнени  формирует короткий импульс вс кий раз, когда цифровой код на выходе аналого-цифрового преобразовател  8 совпадает с кодом, хран Ецимс  в регистре 10 пам ти (фиг,2). Сигнал разрешени  с выхода первого триггера 20 поступает и на один из входов логического элемента 23 И. Первый масштабный импульс ,поступивший после этого на второй вход элемента И 23 с выхода второго формировател  22, проходит .через логический элемент И 23 и поступает на управл ющий вход второго регистра 11 пам ти и вход Установка единицы второго триггера 21. При этом в регистр 11 пам ти переписываетс  цифровой код, наход щийс  в этот момент на выходе второго аналого-цифровог преобразовател  9, а на выходе триггера 21 формируетс  уровень логической единицы, служащий сигна лом разрешени  работы второго .блока 13 сравнени . После этого при каждом последующем по влении на первом входе блока 13 сравнени  цифрового кода, совпадающего с кодом, записанным в регистр 11 па м ти и поступающим на второй вход блока 13 сравнени , последний формирует короткий пр моугольный импульс (фиг.2)„ Делители 16 и 17 частоты (с емкостью два) дел т последовательности сигналов, поступающих на них с выходов соответствующих блоков сравнени , на два. На два информационные входы коммутаторов 14 и 15 поступают сиг налы с выходов блоков -12 и 13 срав нени  и делителей частоты 1 б и 17 (с емкостью два). Если моменты при хода на первый информационный вход коммутатора 14 и 15 сигналов с блоков 12 и 13 сравнени  совпадают с моментами поступлени  на его вход управлени  выходных импульсов блоков 6 и 7 определени  экстремума , то на выходы коммутаторов 14 и 15 проход т сигналы с блоков 12 и 13 сравнени , Если же моменты Прихода на первые информационные входы коммутаторов 14 и 15 сигналов с соответствующих блоков 12, 13 сравнени  не совпадают с. моментами поступлени  на их входы управ лени  выходных импульсов блоков 6 и 7 определени  экстремумов, на выходы коммутаторов 14 и 15 проход т сигналы с второго его информационного входа, т.е. выходные сигналы делителей 1 б и 17 частоты (с емкостью два), Из временных: диаграмм (фиг.2) видно, что мЪменты по влени  экстр мальных значений гармонического си нала с вьтхода первого фотоприемника 4 не совпадают по времени с приходом сигналов с выхода блока 1 сравнени , поэтому на выход перво884 , б го коммутатора 14 проход т сигналы, поступающие на-второй его информационный вход с выхода первогоделител  1 б частоты (с емкостью два). Моменты по влений экстремальных значений синусоидального сигнала с выхода второго фотоприемника 5 совпадают с приходом выходных сигналов второго блока 13 сравнени , поэтому на выход второго коммутатора 15 проход т сигналы, поступающие на его первый информационный вход, т.е. выходные сигналы второго блока 13 сравнени . Таким образом, на выходах коммутаторов 14 и 15 формируютс  последовательности электрических сигна|лов , период следовани  которых равен периоду интерференционных полос соответствующего интерферометра 2 и 3, а врем  по влени  сигналов соответствует моменту совпадени  кодов аналогоцифрового преобразователей 8 и 9 с кодом,хран щимс  в регистрах 10 и 11 пам ти или с моментами времени , соответствующим экстремальному значению сигналов, cнимaeмьLм с интерферометров 2 и 3. При совпадении сигналов, поступающих с выходов коммутаторов 14 и 15, логический элемент И 24 форм11рует электрический сигнал (фиг.2). Этот сигнал поступает на входы Установка нул  триггеров 20 и 21, сбрасыва  их в исходное состо ние, при котором на их выходах формируетс  уровень логического нул .При этом блокируютс  блоки 12 и 13 сравнени . Таким образом, сигнал, формируемый логическим элементом И 24 определ ет момент времени, соответствующий нониусному сопр жению двух последовательностей сигналов с незначительно различающимис  периодами, равными периодам интерференционных полос интерферометров 2 и 3 с регулируемой ценой полосы. В счетчике 25 накапливаетс  число п импульсов, поступающих с выхода второго коммутатора 15, прошедших до момента нониусного сопр жени  сигналов с обоих KOMt-iyTaTopoB. . Если - масштабный коэффициент интерференционных полос интерферометра 2, а &2- масштабный коэффициент интерференционных полос интерферометра 3 с регулируемой прот женностью 7 полосы, то при временной интервал от импульса, сформированного первым формирователем 19 до первого масштабного импульса,сформированног вторым формирователем 22, пропорцио нален п (Е,- gj). Дробна  часть Д периода интерференционной полосы интерферометра 2 равна отношению, части ее периода между командным импульсом сформированным формирователем 19 и первьм масштабным импульсом 22, к всему Ьериоду 6i т.е. r4B,iM , 0) р Выражение (1) можно представить в виде и(Р е -К, (г) Ъ - tJ 7 Оо I/ - I . - посто нный е, - т; коэффициен . Блок 26 умножени  осуществл ет арифметическую операцию умножени  числа, хран щегос  в счетчике 25,на

(риг. 7 848 посто нный коэффициент К, в результате чего на индикаторе 27 индицируетс  число Д, равное дробной части интерференционной полосы интёрферометра 2. При этом заканчиваетс  один цикл измерени  дробной части интерференционной полосы, и устройство готово к следующему циклу, началом которого  вл етс  формирование первым формирователем 19 следующего командного импульса. В устройстве величина дробной части интерференционной полосы определ етс  косвенным путем - путем подсчета импульсов с интерферометра с регулируемой ценой полосы, с последующим умножением полученного числа на константу. При этом период следовани  сигналов с интерферометра с регулируемой ценой полосы однозначно соответствует определенной доле волны используемого источника монохроматического излучени , т.е. отсутствует масштабна  погрешность преобразовани  ..

f4

t 111 II I

U7

1

иги

т

Фиг.г

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ЦЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ' ДРОБНОЙ ЧАСТИ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ ПОЛОСЫ, содержащее оптически связанные источник монохроматического- излучения, интерферометр с узлом сканирования интерференционной картины·, первый- фотоприемник, два формирователя, два триггера, два логических элемента И, первый регистр памяти, первый блок сравнения, первый делитель частоты, счетчик и индикатор, выход узла сканирования интерференционной· картины соединен с входом первого формирователя, выход которого соединен с входом Установка единицы первого'триггера, выход первого фотоприемника соединен с входом второго формирователя, выход первого . триггера подключен к первому входу• логического элемента И, о· т лича ю щ е е с я тем, что, с целью · повышения точности измерения, оно снабжено интерферометром с регулируемой ценой полосы, оптически связанным с источником монохроматического излучения, вторым фотоприемником, вторым регистром памяти,.

   вторым блоком сравнения и вторым делителем частоты, двумя блоками определения экстремума, двумя аналого- . цифровыми преобразователями, блоком умножения, входы первого блока определения экстремума и первого аналого-цифрового преобразователя подключены к выходу первого фотоприемника, входы второго блока определения экстремума и второго аналого-цифрового преобразователя- к выходу второго фотоприемника, выходы первого и второго блоков определения экстремума соединены соответственно с входами управления первого и второго коммутаторов·, выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей соединены соответственно с информационными·входами первого и второго регистров памяти и первыми входами первого и второго блоков сравнения, вторые входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго регистров памяти, третьи входы - к выходам первого и второго триггеров, выходы первого и второго блоков сравнения соединены соответственно с входами первого й второго делителей частоты и с первыми информационными входами первого и второго коммутаторов, вторые информационные входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго делителей частоты, управляющий вход первого регистра памяти подключен к выходу первого формирователя, управляющий вход второго регистра памяти - к выходу первого логического элемента И и входу Установка единицы второго триггера, выход первого коммутатора соединен

   SU,,,, 1165884 с первым входом второго логического элемента И, второй вход которого и информационный вход счетчика подключены к выходу второго коммутатора, выход второго логического элемента И соединен с входами Установка нуля первого и второго триггеров, вход блока умножения Подключен к выходу счетчика, выход блока умножения соединен с входом индикатора, выход первого формирователя соединен с входом ι Установка нуля счетчика,выходвторого формирователя - с вторым входомлогического элементаИ.