SU1201681A1 - Устройство дл измерени перемещений объекта - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА, содержащее оптический интерферометр, генератор переменного напр жени , фотоприемник , узкополосный усилитель, фазовый детектор, усилитель посто нного напр жени , измеритель напр жени , отличающеес  тем, что. с целью повьшени  точности, чувствительности и расширени  диапазона измер емых перемещений, оно снабжено зеркальным гальванометром, расположенным на выходе интерферометра и соединенньм с генератором переменного напр жени  и усилителем посто нного напр жени , дискриминатором, расположенным между гальванометром и фотоприемником, и системой сброса, подключенной параллельно усилителю посто нного напр жени , фотоприемник , узкополосный усилитель, фазовый детектор, усилитель посто нного напр жени  и измеритель напр жени  соединены последовательно, а генератор подключен к второму входу фазо (Л вого детектора.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к оптико-интерференционным устройствам, и предназначено дл  автоматического измерени  смещений интерференционных полос.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности, чувствительности и расширение диапазона измер емых перемещений .

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит оптический интерферометр 1, гальванометр 2, наход щийс  на выходе интерферометра дискриминатор 3 в виде одной щели, соединенные последовательно фотоприемник 4 и узкополосный усилитель 5, генератор 6 переменного напр жени , фазовый детектор 7, усилитель 8 посто нного напр жени , подключенные к генератору 6, измеритель 9 напр жени  и систему 10 сброса , подключенную параллельно .усилителю 8.

Устройство работает следующим рбразом.

Интерференционна  картина в виде нескольких интерференционных полос отражаетс  от зеркала гальванометра и после прохождени  дискриминатора 3 регистрируетс  фотоприемником 4. Световой поток, поступающий на фотоприемник 4, модулируетс  по гармоническому закону, дл  чего на гальванометр 2 подаетс  гармоническое напр жение от генератора 6, осуществл ющее угловые колебани  зеркала гальванометра 2 по гармоническому закону , что приводит после прохождени  дискриминатора 3 к периодическим колебани м светового потока на фотоприемнике 4.

Дл  получени  максимального интерференционного сигнала ширина щели дискриминатора 3 выбираетс  раеной половине ширины интерференционных полос в плоскости дискриминатора 3. Дл  работы системы в плоскости дискриминатора 3 должно быть спроецировано как минимум три интерференционные полосы. Электрический сигнал U на выходе фотоприемника 4 имеет вид

f2Et + 2lJ

(1)

U UoC08 1л

где и - амплитуда электрического

сигнала с фотоприемника 4; .А - длина световой волны;

I - разность оптической длины

в плечах интерферометра; Л - период интерференционной

картины в плоскости дискриминатора 3{.

X - линейное перемещение интерференционной картины. Линейное перемещение интерференционной картины происходит перпендикул рно направлению щели дискриминатора 3 при повороте зеркала гальванометра 2 под действием приложенного к нему напр жени . При гармоническом напр жении, подаваемом на гальванометр 2, имеет

, Sinnt, (2) где Xg - некоторое смещение интерференционной картины; х - амплитуда смещени  интерференционной картины;

Л - частота гармонического напр жени , подаваемого на гальванометр 2; t - врем .

Учитыва  выражени  (2) и (1), получаем

,, sinfttj, (3)

Узкополосным усилителем 5 вьщел етс  сигнал первой гармоники. Из выражени  (3) следует, что сигнал первой гармоники на выходе узкополосного ус.илител  5 имеет вид

1 01 SLn(-|I+-д-Xo)J (-Д-Х, )sinflt,

(4)

,2Т

где J (х) - функци  Бессел  1-го

пор дка.

Дл  получени ,максимального сигнала первой гармоники подбираетс  x vA/4,

,,2f , при этом величина J() достигает

своего максимального значени . Сигнал с выхода узкополосного усилител  5 и сигнал с генератора 6 поступают на вход фазового детектора 7. В зависимости от разности оптических длин в плечах интерферометра 1 сигнал с узкополосного .усилител  5 оказьгаает с  в фазе или в поотивофазе с. сигналом генератора 6. Фазовый детектор 7, усилитель 8 посто нного тока вьфабатывают напр жение отрицательной обратной св зи, увеличение или уменьшение которого зависит от того, в фазе или в противофазе наход тс  сигналы с генератора 6

и узкополосного усилител  5, Напрйжение отрицательной обратной св зи с выхода усилител  .8 посто нного напр жени  подаетс  на гальванометр 2 и приводит к повороту зеркала. Сигнал с усилител  8 посто нного напр жени  подаетс  и на систему 10 сброса .

Система 10 сброса работает следующим образом. Пусть в начальный момент разность хода в плечах интерферометра и сигнал на выходе уси лител  8 посто нного тока . При изменении разности хода в плечах интерферометра 1 сигнал на выходе усилител  8 принимает значени 

UH .

(5)

где t - изменение разности хода

в плечах интерферометра 1; в( - коэффициент св зи между напр жением и величиной перемещени  .

Знак плюс или минус зависит от направлени  перемещени . При изменении разности хода в плечах интерферометра 1 на Л/2, т.е. на одну интерференционную полосу, сигнал на выходе усилител  8 посто нного напр жени  обращаетс  в нуль, при этом зеркало гальванометра 2 поворачиваетс , и захватываетс  следую2016814

ща  интерференционна  полоса. Система 10 сброса позвол ет расширить диапазоны измер емых перемещений теоретически неограниченно, а практически ограничиваемые длиной волны когерентного источника излучени , т.е. используемого лазера, I

Таким образом, при перемещении,

to одного из зеркал интерферометра 1 интерференционна  картина смещаетс , но при этом вырабатываетс  сигнал отрицательной обратной св зи, который поворачивает зеркало гальваJ5 нометра 2 так, что на дискриминаторе 3 оказываетс  один и тот же участок интерференционной картины. При каждом изменении оптической разности хода в плечах интерферометра 1

20 1 срабатывает система сброса и происходит удержание в пределах следующей полосы. Измерителем 9 .измер етс  величина напр жени  обратной св зи, котора  пр мо пропорциональна изменению длины оптического пути в плечах интерферометра и углу поворота, зеркала гальванометра 2, служащего дл  удержани  минимума интерференционной полосы на щели

,- дискриминатора 3 и модул ции светового потока.

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА, содержащее оптический интерферометр, генератор переменного напряжения, фотоприемник, узкополосный усилитель, фазовый детектор, усилитель постоянного напряжения, измеритель напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, чувствительности и расширения диапазона измеряемых перемещений, оно снабжено зеркальным гальванометром, расположенным на выходе интерферометра й соединенным с генератором переменного напряжения и усилителем постоянного напряжения, дискриминатором, расположенным между гальванометром и фотоприемником, и системой сброса, подключенной параллельно усилителю постоянного напряжения, фотоприемник, узкополосный усилитель, фазовый детектор, усилитель постоянного напряжения и измеритель напряжения соединены последовательно, а генератор подключен к второму входу фазового детектора.