SU1497451A1 - Интерферометр дл измерени линейных перемещений объектов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  линейных перемещений подвижных объектов, в частности в качестве датчика обратной св зи в прецизионном оборудовании. Цель изобретени  - повышение точности измерени  при расширении диапазона скорости перемещени  объекта за счет уменьшени  поверхности взаимодействи  светового луча с вибрирующими част ми опорного зеркала и уменьшени  массы вибрирующих частей опорного зеркала. Интерферометр содержит источник 1 когерентного излучени , оптически св занный со светоделителем 2, подвижный отражатель 3, опорное зеркало 4, фокусирующий элемент, например, в виде линзы 5, пьезоэлектрический вибратор 6, рабоча  поверхность которого расположена в фокальной плоскости линзы фотоприемник 7, электрически соединенный с входом блока 8 обработки сигнала. В качестве зеркала 4 может быть использована мембрана, расположенна  в фокальной плоскости линзы 5 и соединенна  с вибратором 6 так, что последний вызывает колебани  отражающей поверхности мембраны. В качестве светоделител  2 может быть использован светоделительный куб, рабоча  поверхность которого выполнена в виде сферического зеркала. Светоделительный куб закреплен на корпусе, к которому присоединены мембрана с вибратором 6. Светоделительное покрытие имеет прозрачную зону, через которую проходит сфокусированное излучение. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

Description

.

4

СО

vl

4 СП

га

рабоча  поверхность которого выполнена в виле сферического зеркала. Светоделительный куб закреплен на корпусе, к которому присоединены

Изобретение относитс  к измери- тельной технике и может быть использовано дл  измерени  линейных перемещений подвижных объектов, в частности , дл  измерени  перемещений подвижных органов прецизионного оп- тико-механического оборудовани , а также в качестве датчика обратной св зи в системах управлени  указан- laiM оборудованием.

Цель изобретени  - повышение точ- нести измерени  и обеспечение возможности измерени  при расширении /диапазона скорости перемещени  объекта за счет уменьшени  поверхности взаимодействи  светового луча с виб- рирующими част ми опорного зеркала и уменьшени  массы вибрируюш 1Х частей опорного зеркала.

На фиг. 1 изображена принципиальна  схема интерферометра дл  измере- ни  линейных перемещений объектов; на фиг. 2 и 3 - варианты выполнени  интерферометра.

Интерферометр содержит источник 1 когерентного излучени , например ла- зер, оптически св занный со светоделителем 2, расположенным под углом 45° к направлению светового излучени , подвижньй отражатель 3, опорное зеркало 4, фокусирующий элемент, на- пример, в виде линзы 5, и пьезоэлектрический вибратор 6, рабоча  поверхность которого расположена в фокальной плоскости линзы 5, фотоприемкик 7, который электрически соединен с входом блока 8 обработки сигнала. Пьезоэлектрический вибратор 6 электрически соединен с выходом генератора 9, который электрически соединен с входом блока 8 обработки сигн.ала

На фиг. 2 показан вариант использовани  в качестве зеркала 4 мембраны 10, расположенной в фокальной плоскости линзы 5 и механически соединенной с вибратором 6 так, что пос ледний вызывает колебани  отражающей поверхности мембраны 10.

На фиг. 3 показан вариант использовани  в качестве светоделител  2

мембрана с вибратором, Светоделитепь- ное покрытие имеет прозрачну о зону, через которую проходит сфокусированное излучение, 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

светоделительного куба 11, у которого рабоча  поверхность 12 образована сферическим зеркалом 13. Светодели-. тельный куб 11 закреплен на корпусе 14, к которому механически присоединены мембрана 10 с вибратором 6. Светоделительное покрытие 15 имеет прозрачную зону 16, через которую проходит сфокусированное излучение.

Интерферометр работает следующим образом.

Световой луч от источника 1 когерентного излучени  делитс  светоделителем 2 на два луча с равными амплитудами, один из которых попадае на подвижный отражатель 3, предназначенный дл  св зи с контролируемым объектом и имеющий возможность смещатьс  в направлении X отражаетс  от него и вновь приходит на свето делитель 2, Другой луч фокусируетс  линзой 5 на поверхность вибратора 6, отражаетс  от нее, вновь восстанавливаетс  линзой 5 и также возвращаетс  на светоделитель 2 таким образом, что оба луча создают на поверхности фотоприемника 7 интерференционную картину, смещающуюс  при смещении подвижного отражател  3.

е

При подзче модулирующего напр жени  от генератора 9 на пьезокерами ческий вибратор 6 последшсй вибрируе и вызывает изменение фазы опорного светового луча с частотой f,, равной частоте модул ции, что в свою очередь вызывает вибрац1во интерференционной картины с той же частотой . Смещение рштерференционной картины регистрируетс  фотоприенником 7 в виде электрического сигнала

IT - п - TI 2. . 21Г ифп и + U sinC--- + --- sin -где IJo посто нна  составл юща  выходного напр жени  бютопри- емника 7;

и - амплитуда полезной составл ющей выходного напр жени  X - смещение подвижного отражател  3;

Z - амплитуда вибрации; Л - длина волны света; Ц) - угол падени  светового луча на поверхность вибратора 6, Электрический сигнал с выхода фотоприемника 7 поступает в блок 8 обработки сигнала, где усиливаетс , смешиваетс  с опорным сигналом генератора 9 и фильтруетс .

Выходной сигнал блока 8 обработки сигнала

1,,т,

UBIIX --- ,

где К - коэффициент передачи блока 8

обработки сигнала. Смещение отражающей поверхности по отношению к фокальной плоскост линзы 5 вызывает отклонение от параллельности вход щего и выход щего лучей и увеличение угловой расходимости последнего, которые могут быть определены как

+ ZR - f

j Zd Ло/ ± -

где R - радиус точки пересечени  светового луча с главной плоскостью линзы;

d - диаметр входного луча; f - фокусное рассто ние линзы; u(f - отклонение от параллельности вход щего и выход щего лучей; &oi углова  расходимость выход щего луча.

Так как величина фокусного рас-г сто ни  составл ет f , дополнительна  углова  расходиь4ость лучей при работе модул тора не превышает , что пренебрежимо мало с . реальной угловой расходимостью лазерного излучени  и не может сказатьс  на точности интерферометра.

Дл  уменьшени  погрешности измерени , св занной с тепловым расширением пьезокерамики в процессе работы, в качестве зеркала :4 используетс  поверхность тонкой мембраны 10, а вибратор 6 закрепл етс  на ней так что при подаче сигнала от генератора 9 вы зьшает в мембране 10 изгибные колебани . Так как вибратор 6 непосредственно не взаимодействует со сте- товым лучом, его тепловое расширение не сказываетс  на точности измерений

Повышение термостабильности и жесткости конструкции обеспечиваетс  использованием фокусирующего элемента

выполненного на одной из рабочих поверхностей светоделительного куба 11. При этом световой луч попадает на светоделительную поверхность 15 и расщепл етс  на два луча, один из которых, отража сь от отражающего покрыти  сферического зеркала 13, фокусируетс  на поверхности мембраны

0 10 через прозрачную зону 16, вновь проходит через нее, отразившись от мембраны 10, восстанавливаетс  сферическим зеркалом 13 и рекомбинирует на светоделительном покрытии 15 со

5 вторым , отраженным от подвижного отражател  3. Дальнейша  обработка сигнала не отличаетс  от описанной .

Claims (5)

1. Интерферометр дл  измерени  линейных перемещений объектов, содержащий источник излучени , светодели5 тель дл  разделени  излучени  на две ветви, отражатель, предназначенный дл  св зи с объектом и расположенный в одной ветви, зеркало и св занный с ним вибратор, расположенные с дру0 гой ветви, и фотоприемник, о т л и- ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повьшгени  точности измерени  и обеспечени  возможности измерени  при расширении диапазона скорости переg мещени  объекта, он снабжен фокусирующим элементом, установленным пе- ред зеркалом так, что его фокальна  плоскость совпадает с плоскостью зеркала.

0 2. Интерферометр по п.1, отличающийс  тем, что в качестве фокусирующего элемента использована линза.

3.Интерферометр по п.1, о т л и- чающийс  тем, что в качестве зеркала использована рабоча  поверхность вибратора.

4.Интерферометр по п.1, от л и- чающийс   тем, что он снабжен

g мембраной, соединенной с вибратором и используемой в качестве зеркала.

5.Интерферометр по п.1, о т л и- чающийс   тем, что, с целью повьш1ени  жесткости и уменьшени  гаg баритов, светоделитель вьшолнен в виде светоделительного куба, одна из рабочих поверхностей которого образована сферическим зеркалом, исполь5

зуемым в качестве фокусирующего эле

мепт , а на светоделительном покрытии куба выполнена прозрачна  зона

Фиг. 2

дл  прохода сфокус;лров,-чног о излучени .

Фиг.З