SU1237908A1 - Устройство дл измерени перемещений - Google Patents

Abstract

Устройство дл  измерени  перемещений может быть использовано Дл  высокоточного измерени  перемещений различных объектов. Целью изобретени   вл етс  повьшение точности измерени  за счет уменьшени  вли ни  изменени  посто нных составл кицих в сигналах, снимаемых с фотоприемников . Источник 1 монохроматического излучений направл ет на интерферометр поток излучени . При сканировании опорной и измерительной интерференционных картин относительно фотоприемников 10 и 11 с помощью блока 9 сканировани , управл емого генератором 23 пилообразного напр жени , на фотоприемниках 10 и 11 формируютс  сигналы. Формирователи 12 и 15 формируют пр моугольные сигналы. Блоки 18, 19, 20 и 21 формируют короткие импульсные сигналы по передним и задним фронтам. Блок 24 измер ет временной интервал между передними фронтами сигналов, формируемых формировател ми 12 и 15, а блок 34 - между задними фронтами. Полусумма временных интервалов, преобразованна  в цифровой код, вычисл етс  сумматором 35. Блок 36 измер ет временной интервал, соответствуюпщй периоду опорных сигналов, снимаемых с фотоприемника 10, Блок 37 делени  вычисл ет отношение цифровых кодов , соответствующих смещению двух интерференционных картин друг относительно , друга, отнесенное к периоду опорной интерференционной картины . 4 ил. М ГО со со о 00

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в высокоточных измерител х линейных перемещений.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  путем уменьшени  вли ни  изменени  посто нных составл ющих в сигналах, снимаемых с фотоприемников.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема устройства; на фиг. 2 оптическа  схема интерферометра; на фиг. 3 - функциональна  схема блока измерени  временного интервала; на фиг. 4 - временные диаграммы сигналов на выходе отдельных блоков.

Устройство содержит оптически св занные источник 1 монохроматического излучени , интерферометр 2 с измерительным и опорным каналами, состо щий (фиг. 2) из полупрозрачных светоделительных пластин 3, 4, 5, зеркала 6, установленного в опорном канале, зеркала 7, установленного в измерительном Кс1нале и скрепленного с объектом, сканирующее зеркало 8, блок 9 сканировани  со сканирующим зеркалом 8, фотоприемники 10, 11, установленные в плоскости формировани  опорной и измерительной интерференционных картин, формирователь 12, состо щий из дифференцирующей цепочки 13, вход которой подключен к фотоприемнику 10, нуль-орган 14, вход которого подключен к выходу дифференцирующей цепочки 13, формирователь 15, состо щизЧ из дифференцирующей цепочки 16, вход которой подключен к фотоприемнику 11, нуль-Орган 17, вход которого подключен к выходу дифференцирующей цепочки 16, блоки 18, 19 выделени  переднего и заднего фронтов опорного сигнала , входы которых подключены к выходу нуль-органа 14, блоки 20, 21 вьщелени  переднего и заднего фронтов измерительного сигнала, входы которых подключены к выходу нуль-органа 17, генератор 22, генератор 23 пилообразного напр жени , выход которого соединен с блоком 9 сканировани , первый блок 24 измерени  временного интервала, состо щий (фиг. 3) и триггера 25, вход С которого подключен к вькоду .блока 18 выделени  переднего фронта опорного сигнала, триггера 26, вход С которого подключен к выходу блока 20 выделени  переднего фронта измерительного сигна1237908

,ла, вход D триггера 26 подключен к пр мому выходу триггера 25, элемента И 27,, входы которого подключены к пр мому выходу триггера 25, ин- версному выходу триггера 26 и генератору 22, последовательно соединенных инвертора 28, дифференцирующей цепи 29, инвертора 30, вход инвертора 28 подключен к инверсному входу триг- гера 26, триггер 31, пр мой вькод

которого соединен с R-входаму тригге- ров 25, 26, компаратор 32, первый вход которого подключен к выходу генератора 23 пилообразного напр жени , а выход соединен с входом С триггера 31, источник 33 опорного напр жени , выход которого соединен с вторым входом Компаратора 32, второй блок 34 измерени  временного интерва- ла, первый, второй, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходам блока 19 выделени  заднего фронта опорного сигнала , блока 21 выделени  заднего фрон- та измерительного сигнала, генератору 22 и генератору 23 пилообразного напр жени , сумматор 35, входы которого подключены к выходам первого и второго блоков 24, 34 измере- ни  временного интервала, блок 36 измерени  периода, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу блока 18 вьщелени  переднего фронта опорного сигнала , генератору 22, генератору 23 пилообразного напр жени .

Устройство работает следующим образом.

Монохроматический поток излучени , формируемый источником 1 монохроматического излучени , направл етс  на светоделительную пластину 3, вход щую в интерферометр 2, дел щую поток излучени  на два пучка света.

Первый Пучок света падает на светоделительную пластину 4 и раздел етс  на два пучка. Пучок света, прошедший светоделительную пластину 4,

отражаетс  от зеркала бив обратном ходе падает на светоделительную пластину 4. Пучок света, отраженный от светоделительной пластины 4, отражаетс  от зеркала 8, св занного

с блоком 9 сканировани , и в обратном ходе падает на светоделительную пластину 4, на которой формируетс  опорна  интерференционна  картина, пре

образуема  фотоприемником 10 в электрический сигнал опорного канала.

Второй пучок света, полученный при отражении от светоделительной пластины 3, падает на светоделитель ную пластину 5 и раздел етс  на два пучка. Отраженные от зеркала 7, св занного с объектом, и зеркала 8 пучки света в обратном ходе падают на светоделительную пластину 5, на которой формируетс  измерительна  интерференционна  картина, преобразуема  фотоприемником 11 в электрический сигнал измерительного канала

Генератор 23 пилообразного напр  жени  формирует сигнал пилообразной формы, поступающий на блок 9 сканировани , осуществл ющий перемещение зеркал а 8.

При перемещении зеркала 8 на выходе фотоприемников 10, 11 формируетс  измен ющийс  по амплитуде

менной составл ющих.

Сдвиг фаз переменных составл ющих электрических сигналов измерительного и опорного каналов одна относително другой несет информацию о смещении интерференционных картин в измерительном и опорном каналах интер- ферометра 2 одна относительно другой т.е. о величине перемещени  объекта.

Электрические сигналы, снимаемые с фотоприемников 10, 11, дифференцируютс  дифференцирующими цепочками 13, 16, вход щих в формирователи 12, 15,

Сигналы, снимаемые с дифференцирующих цепочек 13, 16, формируютс  в пр моугольные сигналы нуль-органами 14,17.

Пр моугольный сигнал, снимаемый с нуль-органа 14, поступает на входы блоков Т8, 19 выделени  переднего и заднего фронтов, формирующих передние импульсы по переднему и заднему фронтам с игнала, поступающего с

нуль-органа 14. I

Пр моугольный сигнал, снимаемый с

нуль-органа 17, поступает на входы блоков 20, 21 выделени  переднего и заднего фронтов, формирующих короткие импульсы по переднему и заднему фронтам сигнала, поступающего с нуль-органа 17.

Блок 24 измерени  временного интервала преобразует временной интервал t между импульсами, сформирован

ными блоками 18, 20 выделени  передних фронтов в последовательность импульсов , число импульсов которых пропорциональна временному интерва- лу t.

Импульсный сигнал, поступак ций с генератора 23 пилообразного напр жени  в начале сканировани  интерференционной картины, поступает на первьш вход компаратора 32, на второй вход которого поступает опорное напр жение с источника 33 опорного напр жени .

После окончани  переходных процессов компаратор 32 формирует импульсы , преобразук цие триггер 31, формирующий на пр мом выходе сигнал Логическа  1, поступающий на входы триггеров 25, 26.

Импульсный сигнал, формируемый блоком 18 выделени  переднего фронта, перебрасывает триггер 25, формирующий на пр мом выходе сигнал Логическа  1, поступающий на логический элемент И 27, на который также поступают сигнал Логическа  1 с инверсного выхода триггера 26 и импульсы с генератора 22. На выходе логического элемента И 27 формируе )-с  импульсна  последовательность, поступающа  на сумматор 35.

5

0

0 5

Импульсный сигнал, формируемый блоком 20 выделени  переднего фронта , перебрасывает триггер 26, на D-вход которого поступает сигнал Логическа  1 с пр мого Ы11хода триггера 25. йа инверсном выходе триггера 26 формируетс  сигнал Логический О, запирающий логический элемент И 27. Сигнал Логический О инвертируетс  инвертором 28, дифференцируетс  дифференцируклцей цепью 29, инвертируетс  инвертором 30 и поступает на вход R триггера 31, перебрасыва  его. На пр мом выходе триггера 31 формируетс  сигнал Логический О, сбрасывакнций триггеры 25, 26. На зтом цикл преобразовани  блока 24 измерени  временного интервала заканчиваетс .

Аналогично работает блок 34 измерени  временного интервала, осуществл ющий преобразование временного интервала tj между импульсами, сформированными блоками 19, 21 вьщелени  задних фронтов в последовательность импyльcoBj поступающую в сумматор 35.

Сумматор 35 формирует цифровой код, величина которого равна полусумме числа импульсов, поступающих на его входы, и св зана с пространст- веньагм положением интерференционной полосы измерительного канала относительно пространственного положени  интерференционной полосы опорного канала.

Величина кода, формируемого сумматором 35, в малой степени зависит от изменени  начальной фазы смещени  интерференционных полос, привод щего к изменению величины посто нной составл ющей и изменению длительностей импульсов, снимаемых с выходов формирователей 12, 15. При изменении начальной фазы смещени  интерференционных полос длительность одного из сигналов, формируемых, например, формирователем 14, возрастает, в то врем  как длительность сигнала, формируемого формирователем 15, убывает , а полусумма временных интервалов между передними и задними фронтами остаетс  неизменной.

Цифровой код с выхода сумматора 35 поступает на вход Делитель блока 36 делени .

Период между импульсами опорного канала, формируемого блоком 18 выделени  переднего фронта, преобразуетс  блоком 36 измерени  периода в цифровой литель

код,

и

поступающий на вход Де- блока 37 делени .

Блок 37 делени  осуществл ет деление цифрового кода, поступающего с сумматора 35, на цифровой код, поступающий с блока 36 измерени  периода. Результат делени  пропорционален смещению интерференционной картины измерительного канала относительно интерференционной картины опорного канала, т.е. величина перемещени  объекта не зависит от скорости сканировани  зеркала 8, вход щего в интерферометр 2. I

Использование предлагаемого устройства позвол ет повысить точность измерени  за счет уменьшени  вли ни  начальной фазы смещающихс  интерференционных полос в сканирующих интерферометрах .

12379086

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  перемещений , содержащее оптически св занные источник монохроматического из- J пучени  интерферометр с измерительным и опорным каналами, сканирующее зеркало, установленное в измерительном и опорном каналах интерферометра, блок осанировани , св занный со ска10 нирующим зеркалом, генератор пилообразного напр жени , подключенный к блоку сканировани , два фотоприемника , установленных в плоскост х формировани  интерференционных картин,

   15 два формировател , входы которых подключены к фотоприемникам, два блока выделени  переднего фронта опорного и измерительного сигналов, входы которых подключены к выходам

   20 формирователей, генератор импульсов, первый блок измерени  временного интервала , первый, второй, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходам двух блоков

   25 вьщелени  переднего фронта опорного и измерительного сигналов, генератору импульсов и генератору пилообразного напр жени , блок измерени  периода , первый, второй и третий входы

   30 которого подключены соответственно к выходам первого блока вьщелени  переднего фронта опорного сигнала, генератору импульсов и генератору пилообразного напр жени , блок деле35 ни , вход Делитель которого подключен к выходу блока измерени  периода , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , оно снабжено двум 

   40 блоками выделени  заднего фронта

   опорного и измерительного сигналов, входы которых подключены к выходам формирователей, вторым блоком измерени  временного интервала, первый,

   45 второй, третий и четвертый входы

   которого подключены соответственно к выходам блоков выделени  заднего фронта опорного и измерительного сигналов , генератору импульсов и генера5Q тору пилообразного напр жени , сумматором , входы которого подключены к выходам первого и второго блоков измер ;ни  временного интервала, выход сумматора соединен с входом Делимое блока делени .

   1-1

   .1 J

   л

   О

   10 фие.2