SU1465692A1 - Устройство дл измерени малых перемещений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Целью изобретени   вл етс  повьгление точности и расширение функциональных возможностей путем измерени  знакопеременных перемещений , а также повьшение надежности работы устройства. Источник 1 когерентного света освещает две состав ные дифракционные решетки, состо щие из фазовых 2,3 и амплитудных 4,5 суб- рещеток с одинаковым периодом, сме 5 щенных относительно друг друга на часть периода. Фотоприемники 6,7,8 регистрируют интенсивность излучени  в О, -И и - д ||ракционных пор дках . Измерение перемещени  осуществл ют с помощью того фотоприемника, производна  сигнала которого больще, переключение фотоприемников осущег; г ствл етс  с помощью блока обработки. Соотношение между дифракционной эффективностью 1j фазовый субрешетки 2, дифракционной эффективностью амплитудной субрешетки 3 и их относи- тельным сдвигом Vc, а также дифракционными эффективност ми 1j t фазовой и амплитудной субрешеток 4,5 соответственно и их сдвигом „ имеет вид arctgC2f ; cos fc,, ) -arctg:2/ cosye« / L -,)y/4+ns где п - целое число. 1 з.п, ф-лы 3 ил. (Л СП iNd

Description

Фи9.1

Изобретение относитс  к измери- . тельной технике и может быть использовано дл  измерени  малых перемещений.

Цель изобретени  - повышение точ- ности и расширение функциональных возможностей путем измерени  знакопеременных перемещений,

На фиг. представлена блок-схема предлагаемого устройства дл  измере- ни  малых перемещений; на фиг. 2 - выходные сигналы фотоприемников; на фиг. 3 - векторна  диаграмма комплексных амплитуд световых сигналов, поступающих на фотоприемник.-

Устройство дл  измерени  малых перемещений состоит из последовательно расположенных и оптически св занных источника 1 когерентного света,фазовой субрешетки 2 и амплитудной субрешетки 3, второй фазовой субре- шетки 4 и второй амплитудной субрешетки 5, причем субрешетки 2,3 и 4,5 имеют одинаковый период и скреплены попарно со смещением на часть перио- да, пара субрешеток 2 и 3 закрепле- на неподвижно, а пара субрещеток 4 и 5 имеет возможность перемещатьс  в своей плоскости перпендикул рно направлению штрихов. Далее устройство содержит фотоприемники 6-8, установленные в направлении распространени  +1,0-1 пор дков дифракции соответственно и блок 9 обработки сигналов фотоприемников 6-8.

Устройство работает следующим образом .

Пучок света когерентного источника 1 направл ют на дифракционные суб рещетки 2-5. Фотоприемники 6 и 7 ре- гистрируют интенсивность света в l и -I пор дках дифракции.

При перемещении объекта 10, св занного с субрешетками 4 и 5, выходные сигналы I, и Ij фотоприемников 6 и 7 измен ютс  по гармоническому закону со смещением друг относительно друга по фазе А f (фиг.2). Велоти- на перемещени  объекта 10 определ етс  по сигналу одного из фотоприемни- ков 6-8, у которого производна  сиг- ,нала имеет большую величину. Переключение фотоприемников 6-8 осуществл етс  при помощи блока 9 обработки

сигналов.

При перемещении одной решетки 4 и 5 относительно другой изменение направлени  движени  объекта 10 совпадает с экстремумом одного из фотоприемников , например 6 и 8 (точки А и В на фиг.2), в сигнале другого фотоприемника 8 наблюдаетс  сбой. Когда же изменение направлени  движени  объекта Ю не совпадает с экстремумами сигналов точка С , сбой наблюдаетс  в сигналах обоих фотоприемников 6 и 8. Блок 9 обработки сигналов по сигналам сбой измен ет соответствующим образом направление счета величины перемещени .

Относительный сдвиг сигналов фото- приемйиков 6 и 8 I/ и 1 определ етс  величиной сдвига фазовой и амплитудной решеток 4,5 и 2,3. Векторные диаграммы на фиг.З по сн ют зто. Пусть амплитудна  и фазова  субрешетки 2 и 3 имеют малую дифракционную эффективность соответственно , и j и пусть амплитудна  субрешетка 3 смещена относительно фазовой на величину V(,. Известно,-что при дифракции световой волны на фазовой решетке 2 волны +1 и -1 дифракционных пор дков имеют множитель П/2 относительно фазы прошедшей волны вектора Ф и Ф (на фиг.З). Прошедша  волна дифрагирует далее на смещенной амплитудной субрешетке 3. При этом светова  волн + пор дка дифракции имеет фазу а волна первого пор дка - фазу см (а, и а- на фиг. 3). Эти четыре волны попарно интерферируют и как следует из фиг. 3, результирующие амплитуды волн +1 и -1 пор дков дифракции будут иметь неравные амплитуды и фазы г, и t/ , гг. и . соответственно . Пусть теперь за этой составной решеткой 2 и 3 установлена подвижна  амплитуда или фазова  решетка 4 и 5. Легко показать, что интенсивности световых волн +1 и -1 пор дков и соответственно выходные сигналы фотоприемников 6 и 8 If и I определ ютс  следующими выражени ми

I,rjtr%2r, r cosCV -V); Т r +rf+2rjrjCOs( / 2.+ 4),

(1)

где rg- амплитуда световой волны в дифракционных пор дках .подвижной решетки 4 и 5, а 1/ - ее фазовый сдвиг. Формулы () показывают, чю выходные сигналы фатоприемникев 6 и 8 смещены , друг относительно друга на величину 4 У/ //+Vf

Полага , что амплитуды дифракционных волн пропорциональны квадратным

корн м из величины дифракционной эффективности решеток имеем из геометрических соотношений

, sinVc., .

.

/

,

/, sinVc

г cos Использу  2 легко получить, что

-, ,./,arctg 2E%t(3)

2. (-1

Если подвижна  решетка состоит из двух аналогичных субрешеток 4 и 5 с суммарным фазовым смещением ЛЧ -V + f то аналогично можно показать.

рентного излучени , дифракционную решетку, вторую дифракционную решетку , предназначенную дл  св зи с объ ектом, фотоприемник и электрически св занный с ним блок обработки информации , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  и определени  направлени 

10 перемещени , оно снабжено двум  фо- трприемниками, установленными симметрично относительно нулевого пор д ка дифракции в направлении распространени  плюс первого и минус первого

Г5 пор дков дифракции, а кажда  дифракционна  решетка выполнена в виде совмещенных амплитудной и фазовой субрешеток с одинаковым периодом и

что суммарный сдвиг сигналов фотопри- смещенных друг относительно друга емников 6 и 8 будет 4«/,-4Уг .20 на часть периода.

Устройство работает при любой в е-2. Устройство по п. 1 , о т л и тшчине ассиметриии измерительньккйна- /чающеес  тем, что с целью

рентного излучени , дифракционную решетку, вторую дифракционную решетку , предназначенную дл  св зи с объектом , фотоприемник и электрически св занный с ним блок обработки информации , отличающеес  i тем, что, с целью повышени  точности измерени  и определени  направлени 

перемещени , оно снабжено двум  фо- трприемниками, установленными симметрично относительно нулевого пор дка дифракции в направлении распространени  плюс первого и минус первого

пор дков дифракции, а кажда  дифракционна  решетка выполнена в виде совмещенных амплитудной и фазовой субрешеток с одинаковым периодом и

лов (т.е. величине 4V) не кратной П/2.

Наиболее оптимальным дл  работы устройства  вл етс  выбор результирующего фазового сдвига 4 V ify-4 2 Jr/4+n / , где n - целое число. В этом случае минимум производной выходного

сигнала одного фотоприемншса, напри- 30 тивности 1 и t4 Фазовой и амплитудмер 6 совпадает с максимумом производной сигнала другого фотоприемника 3, что обеспечивает максимальную точность измерени  перемеще1йи  и повьш1ает надежность работы устройства .

Claims (1)

1. .Формула изобретени  1. Устройство дл  измерени  налах. перемещений, содержащее последова-, тельно расположенные источник когеповьппени  надежности работы устройства , параметры дифракционных субре- 25 щеток выбраны так, что дифракционные э1)фективности П фазовой субрешетки, 4f амплитудной субрешетки первой дифракционной решетки и их относительный сдвиг Тем/ и дифракционные эффек35

   40

   ной субрешеток соответственно, второй дифракционной решетки и их относительный сдвиг fcMj удовлетвор ют соотношению:

   arctg(

   -arctgC if 5|p)f .п., где n - целое число.

   f

   Ф.,Ф4

   фагЗ