SU1441198A1 - Оптико-электронное устройство дл измерени линейных перемещений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Целью изобретени   вл етс  расширение диапазона измерений за счет обеспечени  возможности измерени  линейных перемещений с лю

Description

4 4

;О

00

бой скоростью. Оптико-электронное устройство дл  измерени  линейных перемещений содержит оптически св занные источник 1 когерентного излучени  и интерферометр 2, в одном из плеч которого расположен фазовый модул тор 3, при подаче на вход которо- :го гармонического модулирующего напр жени  и смещении подвижного отражател  интерферометра 2 первый и второй фотоприемники 5,6 регистрируют смещение интерференционных полос. С выходов фотоприемников 5,6 сигналы поступают через ключи 7,8 на низкочастотные блоки 9,13 и на входы фильтров 17,21 верхних частот соответственно . Фильтры 12,16 нижних частот , расположенные в соответствующих низкочастотных блоках 9, 13, и фильтры 17,21 верхних частот  вл ютс  фильтрами первого пор дка с оди1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  линейных перемещений .

Целью изобретени   вл етс  расти- рение диапазона измерений за счет обеспечени  возможности измерени  линейных перемещений с любой скоростью .

На фиг. 1 приведена блок-схема предложенного устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы его элементов .

Оптико-электронное устройство дл  измерени  линейных перемещений содер- жит оптически св занные источник 1 когерентного излучени  и интерферометр 2, фазовый модул тор 3, расположенный на одном из. плеч интерферометра 2, генератор 4, выход которого св зан с вхбдом фазового модул тора 3, первый и второй фотоприемники 5 и 6, оптически св занные с интерферометром 2 и расположенные со смещени ем в пределах одной интерференционной полосы, первый и второй аналоговые ключи 7, 8, входы которых св заны соответственно с выходами первого и второго фотоприемников 5,6, первый

наковыми частотами полюсов. Работой реверсивного счетчика 25 управл ют сигналы с выходов сумматоров 19,23, которые при частотах, меньших частот полюсов фильтров, определ ютс  преимущественно сигналами с выходов низкочастотных блоков 9,13, а при частотах , больших частот полюсов фильтров , - сигналами с выходов фильтров 17,21 верхних частот, при частотах, равных частотам полюсов, - суммарным сигналом с выходов блоков 9,13 и фильтров 17521. Дл  исключени  искажени  полезного сигнала за счет низкочастотных биений при частоте, равной частоте модулирующего напр жени , сигналом с выхода компаратора 29 закрьшаютс  ключи 7,8 и отключаютс  соответствующие низкочастотные блоки 9,13. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

низкочастотный блок 9, содержащий последовательно св занные первый усилитель 10, вход которого  вл етс  входом первого низкочастотного блока 9 и св зан с выходом первого аналогового ключа 7р первый синхронный детектор 11, второй вход которого св зан с выходом генератора 4, и первый фильтр 12 нижних частот, выход которого  вл етс  выходом первого низкочастотного блока 9, второй низкочастотный блок 13, содержащий последовательно св занные второй усилитель 14, вход которого  вл етс  входом второго низкочастотного блока и св зан с выходом второго аналогового ключа 8, второй синхронный детектор 15, второй вход которого св зан с выходом генератора 4, и второй фильтр 16 нижних частот, выход которого  вл етс  выходом второго низкочастотного блока 13, последовательно св занные первый фильтр 17 верхних частот, вход которого св зан с выходом первого фотоприемника 5, первый широкополосный усилитель 18, первый сумматор 19, второй вход которого св зан с выходом второго низкочастотного блока 13, и первый компаратор 20, последовательно св занные второй фильтр 2 Г верхних частот, вход которого св зан с выходом второго фотоприемника 6, второй широкополосный усилитель 22, второй сзгмматор 23, второй вход которого св зан с выходом первого низкочастотного блока 9, и второй компаратор 24, реверсивный счетчик 25, первьй и второй входы которого св заны соответственно с выходами первого -и второго компараторов 20, 24, последовательно св занные третий фильтр 26 верхних частот, вход которого св зан с выходом первого фо- топриемника 5, детектор 27, сглаживающий фильтр 28 и третий компаратор 29, выход которого св зан с вторыми входами первого и второго аналоговых ключей 7,8, источник 30 опорного на- пр жени , выход которого св зан с вторым входом третьего компаратора 29.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на вход фазового модул тора 3 гармонического модулирующего напр жени  с круговой частотой U0 и смещении подвижного отражател  интерферометра 2 первьш 5 и второй 6 фотоприемники регистрируют смещение интерференционных полос. При этом напр жение на их выходе может быть представлено в виде (соответственно фиг. 2 а, б):

Г) с

А.,+ А sin( + ZsinWflt);

0/

и-.п

А„2+ A2Cos(-|-S + Zsinw t),

де , Pipy - посто нные составл ющие выходного напр жени  фотоприемников; А,, А2 - амплитуды полезных составл ющих напр жений на выходе первого и второго фото- приемников ;

X - смещение подвижного

отражател  интерферометра;

п - кратность прохождени  опорным лучом измер емого отрезка перемещени ;

Z - глубина модул ции фазы;

Л - длина волны света.

с o 5. 0

5

5

С выхода фотоприемников 5 и 6 через ключи 7 и 8 сигналы поступают на входы первого и второго низкочастотных блоков 9 и 13 соответственно, где усиливаютс  усилител ми 10, 14 (фиг. 2 в, г), детектируютс  синхронными детекторами 11, 15, фильтруютс  фильтрами 12, 16 нижних частот соответственно . При условии В л I где В - полоса пропускани  усилителей 10, 14; U/JJ - верхн   гранична  частота фильтра нижних частот, комплексна  часть коэффициентов передачи первого и второго низкочастотных блоков 9, 13 полностью определ етс  коэффициентом передачи фильтров 12, 16 нижних частот соответственно. Сигналы на выходе низкочастотных блоков 9, 13 имеют вид (фиг. 2 д):

и. lK7(w)H K,(u;)(A,| I, (Z)cos --P;

и9 STnv

U,5 i Kg(u;)l-|K,j(u;) I (Z)sin -,

I . -

где I. (Z ) - функци  Бессел  первого пор дка;

K,.(w), Kg(w) - коэффициенты передачи первого и второго ключей 7 и 8 соответственно;

KO(W), (uj) - коэффициенты передачи первого и второго низкочастотных блоков 9, 13 соответственно;

. ,

где - скорость движени  подвижно- го отражател  интерферометра 2.

Зависимость напр жени  на выходе второго низкочастотного блока 13 аналогична зависимости на фиг. 2 д, но сдвинута по отношению к ней по фазе 2.

Кроме того, выходные сигналы первого 5 и второго 6 фотоприемников

Q фильтруютс  первым и вторым фильтрами 17, 21 верхних частот соответственно . При этом отфильтровываютс  посто нные составл ющие в выходных сигналах фотоприемников, а также их

С флуктуации при условии ША //; itJp , где Шф верхн   частота флуктуации посто нной составл ющей выходного сигнала фотоприемника, (О - частота полюса фильтра верхних частот. Выход-.

частот усиливаютс  соответственно первым и вторым широкополосными усилител ми 18, 22. При этом сигналы на выходе перво-го и второго усилителей 18, 22 имеют вид (фиг. 2 е):

U,,3,(Z)8in ,(w)/./ Vw)/;

V.(Z)coB -l-lK /wX-l К(ш)1,

где К; (ш), (cf) - коэффициенты передачи фильтров

нальной частоте информационного си:- нала, и сравниваетс  на компараторе

29с опорньм сигналом от источника

30опорного напр жени  так, что при достижении некоторой частоты it/ ;

UJn 4 it/0 компаратор 29 вырабатывает ступенчатый сигнал, управл ющий клю- 0 чами 7 и 8.

Ключи размыкаютс  и запрещают прохождение сигнала на вход низкочастотных блоков 9 и 13 до тех пор, пока частота сигнала на выходе фотоприем17 21 верхних 15 ников 5, 6 не станет меньще, т.е. ис- частот ключ ена зависимость предельной скорости перемещени  объекта от частоты

К, (w), К„ (о;) - коэффициенты

передачи усилителей 18 и 22.

Зависимость напр жени  на выходе первого широкополосного усилител  18 аналогична зависимости на фиг. 2е, но сдвинута по отношению к ней по

фазе на -.

Значени  коэффициентов передачи вход щих элементов подбираютс  так, что амплитуды сигналов на входах сумматоров 19, 23 в полосе равномерного пропускани  фильтров имеют одинаковое значение.

Искажений в обрабатываемом сигнале на частотах, близких к частоте UJfsg , ке будет, если как фильтры

сти перемещени  объекта от частоты

модул ции.

20 Ф.ормула изобретени 

1 . Оптико-электронное устройство дл  измерени  линейных перемещений, содержащее оптически св занные источ

25 ник когерентного излучени  и интерфе рометр, первый и второй фотоприемники , оптически св занные с интерферо метром и размещаемые со смещением в пределах одной интерференционной по30 лосы, последовательно соединенные ге нератор и фазовый модул тор, расположенный в одном из плеч интерферометра , первый и второй низкочастотны измерительные блоки, каждый из котоверхних частот, так и фильтры нижних зв выполнен в виде последовательно частот  вл ютс  фильтрами первого пор дка .с одинаковыми частотами полюсов (jjpg Ш(н , где ujpif - частота полюса фильтра нижних частот.

При выполнении этих требований на выходах сумматоров 19, 23 при it ф присутствуют гармонические сигналы (фиг. 2 з,ж соответственно):

соединенных усилител , вход которого  вл етс  выходом соответствующего низкочастотного измерительного блока , синхронного детектора и фильтра Q нижних частот, выход которого  вл ет с  выходом соответствующего низкочас тотного измерительного блока, первый и второй компараторы, реверсивный счетчик, первый и второй входы которого св заны соответственно с вьпсода ми первого и второго компараторов, выход генератора св зан с вторыми входами синхронных детекторов каждог

и

19

,, . 2Fnx

Up sin

2Fnx

Ugj - однако при a/i;W(,сигнал будет искажен за счет низкочастотных биений между опорным сигналом синхронных детекторов И, 15 и сигналом с выходом фотоприемников 5,6, усиленных усилител ми 10 и 14.

Чтобы исключить эти искажени  сиг- 55 низкочастотных блоков, последователь- нал с выхода одного из фотоприемников но св занными первым фильтром верхних подаетс  через фильтр 26 верхних час- частот, вход которого св зан с выхо- тот и детектор 27 на сглаживающий дом первого фотойриемника и первым фильтр 28, где преобразуетс  в .посто- входом первого аналогового ключа.

нальной частоте информационного си:- нала, и сравниваетс  на компараторе

29с опорньм сигналом от источника

30опорного напр жени  так, что при достижении некоторой частоты it/ ;

UJn 4 it/0 компаратор 29 вырабатывает ступенчатый сигнал, управл ющий клю- чами 7 и 8.

Ключи размыкаютс  и запрещают прохождение сигнала на вход низкочастотных блоков 9 и 13 до тех пор, пока частота сигнала на выходе фотоприемсти перемещени  объекта от частоты

модул ции.

Ф.ормула изобретени 

Claims (1)

1 . Оптико-электронное устройство дл  измерени  линейных перемещений, содержащее оптически св занные источник когерентного излучени  и интерферометр , первый и второй фотоприемники , оптически св занные с интерферометром и размещаемые со смещением в пределах одной интерференционной полосы , последовательно соединенные генератор и фазовый модул тор, расположенный в одном из плеч интерферометра , первый и второй низкочастотные измерительные блоки, каждый из кото выполнен в виде последовательно

соединенных усилител , вход которого  вл етс  выходом соответствующего низкочастотного измерительного блока , синхронного детектора и фильтра нижних частот, выход которого  вл етс  выходом соответствующего низкочас- тотного измерительного блока, первый и второй компараторы, реверсивный счетчик, первый и второй входы которого св заны соответственно с вьпсода- ми первого и второго компараторов, , выход генератора св зан с вторыми входами синхронных детекторов каждого

низкочастотного блока, о т л и ч а - ю щ е е с   тем, что, с целью расширени  диапазона измерений, оно снабжено первым и вторым аналоговыми ключами , выходы которых св заны соответственно с входами первого и второго

14

первым широкополосным усилителем и первым сумматором, выход которого св зан с входом первого компаратора, второй вход - с выходом второго низкочастотного блока, последовательно св занными вторым фильтром верхних частот, вход которого св зан с выходом второго фотоприемника и первым входом второго аналогового ключа, вторым широкополосньм усилителем и вторым сумматором, выход которого св зан с входом второго компаратора, второй вход - с выходом первого низ- кочастотного блока, последовательно, св занными третьим фильтром верхних

988

частот, вход которого св зан с выходом первого фотоприемника, детектором , сглаживающим фильтром и третьим компаратором, выход которого св зан вторыми входами первого и второго . аналоговых ключей, источником опорного напр жени , выход которого св зан с вторьм входом третьего компаратора ,

2, Устройство по п, 1, отличающеес  тем, что в качестве фильтров верхних и нижних частот используютс  фильтры первого пор дка с одинаковыми посто нными времени.

-t