SU1670409A1 - Интерференционное устройство дл измерени линейных перемещений объекта - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при точных измерени х линейных перемещений объектов. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений за счет изменени  фазы опорного луча интерферометра в зависимости от длины волны излучени  лазера. Луч лазера 1 раздел етс  светоделителем 2 на опорный и измерительный потоки, которые, отража сь от отражателей 4, 5, рекомбинируют в светоделителе 2 и фиксируютс  фотоприемником 7. Часть излучени  лазера 1 направл етс  в оптический блок 16 каскадного интерферометра, в котором по последовательному изменению максимума сигнала на фотоприемниках 8, 9, 10, 11, поступающего в анализатор 17, суд т об изменении длины волны излучени  лазера 1. Изменением напр жени , подаваемого на пьезопривод 6, добиваютс  перемещени  отражател  4, что мен ет фазу опорного луча и уменьшает погрешность измерений. 4 ил.

Description

И юГфетение относитс  к измеритель н 1 технике и может быть использовано при точных измерени х линейных перемещений объектов

Циль изобретени  - повышение точности измерений за счет изменени  фазы опорного луча интерферометра в зависимости от длины волны излучени  лазера

На фиг. 1 изображена структурна  схема предлагаемого устройства: на фиг. 2 - структурна  схема анализатора изменени  длины волны лазера, на фиг. 3 -структурна  Сдрма формировател ; на фиг. 4 - временные диаграммы, по сн ющие работу уст- ройс ва

Интерференционное устройство дл  измерени  линейных перемещений объекта со- дерК|П л.)зеп 1 светоделитель 2, ryCi-npiuMv 3, псферем гный уюлковый от- t ожатель Л, измерительный уголковый от- рч .атель 5, пьгзогрпоод 6, фотоприемники 7 -1, сзегодолшель 12 зеркала 13-15. оп- гг ,есмшблок 10 каскадного интерферомет- t , анализа юр 17 изменени  длины .золны мазера, орглировагель 18. Причем луч лазера 1 расщепл етс  светоделителем 2 на диа потока а и а. Поток а направлен на куб-мризму, где, расщепл  сь и рекомби- ниру , iiecet информацию о перемещении cupa-Kaionq 5, котора  фиксируетс  фото- приемником 7 Поток в расщепл етс  свето- д лителем 12 на два пучка, направл емых в оптический блоь 1C каскадного интерферометра , причем зеркалами 13-15 создаетс  посто нна  разносль длин оптических путей , величина которой обеспечивает изменение разности пучков на входе в оптический блок 1Ь /декадного интерферометра на 360°, при изменении длины волны лазерного излучени  на расчетную величину ЛЯ На 1ыходе оптического блока 16 юкадного интерферометра образуютс  /ч.е пары потоков максимумы ин генсивно- сти которых сдвинуты относительно друг дру:э о парах ш АР/2 а между парами на ЛЛ74. Потоки фиксируютс  фотоприемниками 8-11, оды которых соединены соответственно с I IV входами анализатора 17, выход которого через формирователь 18 соединен с, мьеэоприводом.

Лн лшаюр 17 (фиг. 2) состоит из RS- тр лггерое 1 i 22 схемы 4 ИЛИ 23 регистра 24 2Ь сравнени , инвертора 26, схемы 2 И 27 реверсивного счетчика.28 схем 29 и 30 «J Причем первый вход анализатор а 1 7 о динен с R входом триггера 1, S пх «дпм триггррэ 22 и первым входом схсны второй Р-ОД анализатора 17 соединен г R тр тгера 20 S входом

триггера 19 и вторым входом схемы 23, тр тий вход анализатора 17 соединен с R-вхо дом триггера 21 S-входом триггера 20 и третьим входом схемы 23,четвертый вход

анализатора 17 соединен с R-входом триггера 22 S-входом триггера 21 и четвертым входом схемы 23. Пр мой выход триггера 19 соединен с входом D1 регистра 24 и входом В 1 схемы 25 сравнени . Пр мой

выход триггера 20 соединен с входом D2 регистра 24 и входом В 2 схемы 25 сравнени  Пр мой выход триггера 21 соединен с входом D3 регистра 24 и входом В 3 схемы 25 сравнени . Пр мой выход

триггера 22 соединен с входом D4 регистра 24 и входом В4 схемы 25 сравнени . Выходы Q1-Q4 регистра 24 подключены соответственно к входам А1-А4 схемы 25 сравнени . Выход схемы 25 сравнени  соединен с входом дл  счета на уменьшение реверсивного счетчика 28. Выход схемы 25 сравнени  соединен с входом дл  счета на увеличение реверсивного счетчика 28. Выход схемы 25 сравнени 

соединен через инвертор 26 с первым входом схемы 27, выход которой подключен к тактовому входу реверсивного счетчика 28. Выход схемы 23 через схему 29 задержки соединен с вторым входом схемы 27 и через

схему 30 задержки с тактовым входом регистра 24,

Формирователь 18 (фиг. 3) содержит соединенные последовательно цифроанало- говый преобразователь 31 и усилитель 32.

Интерференционное устройство работает следующим образом.

Луч света от лазера 1 расщепл етс  светоделителем 2 на потоки айв. Поток а направлен в интерферометр и делитс 

0 куб-призмой 3 на два луча. Опорный луч падает на референтный отражатель 4, измерительный - на уголковый отражатель 5 закрепленный на перемещающемс  обь- екте (не показан). В точку рекомбинации

5 опорный луч приходит с фазой, завис щей от положени  референтного отражател  4 и  вл ющейс  при определенном положении референтного отражател  4 посто нной при неизменной длине волны

0 излучени  лазера 1. Фаза измерительного луча в точке рекомбинации при неизменной длине волны лазерного излучени   вл етс  функцией, завис щей от положени  отражател  5. В результате рекомбинации

5 опорного и измерительного лучей образуетс  поток, падающий на фотоприемник 7 интенсивность которого зависит от положени  отражател  5, Количество зафиксированных фотоприемником 7 интерференционных

полос  вл етс  информацией о перемещении отражател  5.

При изменении длины волны излучени  лазера 1 фаза оперного и измерительного лучей в точке рекомбинации на полупрозрачной грани куб-призмы 3 мен етс , но мен етс  на разную величину из-за разности путей, проходимых лучами, вследствие чего интенсиэность потока после их рекомбинации зависит дополнительно от величины изменени  длины волны лазерного излучени  ДА. Однако при изменении длины волны лазерного излучени  происходит изменение освещенности фотоприемников 8-11, котора   вл етс  функцией только изменени  длины волны лазерного излучени . При изменении длины волны лазерного излучени  на величин/ ДА максимум освещенности поочередно по вл етс  на каждом из фотоприемников 8-11. По вление максимума на каждом из фотоприемников фиксируетс  анализатором 17. При этом по вление каждого последующего максимума  вл етс  информацией об изменении длины волны лазерного излучени  на величину ДА /А. Очередность по влени  максимумов в виде импульсов с фотоприемников ,  вл юща с  информацией о направлении изменени  длины волны излучени  лазера 1. преобразуетс  анализатором 17 в код.

Анализатор 17 (фиг. 2) работает следующим образом.

RS-триггеры 19-22 фиксируют по вление импульсов по входам I-IV анализатора 17, причем каждый из импульсов, поступающих на входы анализатора 17,  вл етс  синхронизирующим дл  работы всего анализатора 17, формируемого схемой 23 объединени  4 ИЛИ, схемами 29 и 30 задержки . В регистр 24 записано предыдущее состо ние триггеров 19-22. С приходом очередного импульса схемы 25 сравнивает новое состо ние триггеров 19-22 и предыдущее хран щеес  в регистре 24. Если состо ни  одинаковые, то на счетчик 28 тактовый импульс через схему 27 не проходит , так как на пыходе схемы 25 Лог. 1, инвертируема  схемой 25, устанавливает Лог, 0 на вХоде схемы 27 и состо ние реверсивного счетчика 28 не измен етс . В других случа х с инвертора 26 поступает Лог. Г и тактовый импульс записывает (вычитчет) Лог. 1 в зависимости от того, больше (или меньше ) новое состо ние триггеров в сравнении с предыдущим хран щемс  в регистре 24. Реверсивн ый счетчик 23 измен ет свое состо ние и ци t-рознглоговнй преобразователь 31 преобразует цифровой код счетчика 2Я в напр жение, которое через усилитель 32 подаетс  на пьезопривод 6. Врем  задержки т (фиг. 4) рассчитывают из услови  5 окончани  переходных процессов в схемах 19-22, 25 и 26 Врем  задержки г выбирают из услови  окончани  переходных процессов в реверсивном счетчике. В зависимости от подаваемого на пьезопри10 вод 6 напр жени  измен етс  положение референтного отражател  4.

Таким образом, при изменении длины волны излучени  лазера на величину ДА /4 происходит уменьшение пли увеличение (в

5 зависимости от направлени  изменени  длины волны лазерного излучени ) подаваемого на пьезопривод 6 напр жени  U, вспедствие референтный отражатель 4 приближаетс  или удал етс  от куб-призмы 3.

0 При этом происходит изменение фазы опорного луча в точке рекомбинации. Параметры элементов схемы рассчитаны так, что различие изменени  фаз опорного и измерительного лучей в точке рекомбина5 ции оказываетс  много меньшим, чем при неподвижном референтном отражателе. Таким образом, неучитываемое изменение длины волны излучател  лазера 1 ДА не превышает величины ДА /4.

0

Claims (1)

1. Формула изобретени  Интерференционное устройство дл  измерени  линейных перемещений объекта, содержащее оптически св занные лазер и

   5 светоделитель, раздел ющий излучение лазера на опорный и измерительный потоки, два трехгранных уголковых отражател , референтный и измерительный, фотоприемник , светоделитель выполнен в виде куба0 призмы, а измерительный отражатель установлен с возможностью перемещени  в направлении, перпендикул рном излучению лазера, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений, уст5 ройство снабжено пьеэоприводом. вторым светоделителем, оптическим блоком каскадного интерферометра, вторым, третьим , четвертым и п тым фотоприемниками, анализатором изменени  длины волны из0 лучени  лазера, формирователем, второй светоделитель установлен по ходу излучени  между лазером и первым светоделителем и делит излучение на два потока с посто нной разностью хода, направл е5 мые в оптический блок каскадного интерферометра , у четырех выходов которого установлены соответственно второй, третий , четвертый и п тый фотоприемники, выходы которых соединены с перьым. вторым,

   третьим и четвертым входами анализатора изменени  дпины волны излучени  лазера соответственно, выход анализатора соединен через формирователь с пьезоприводом, св зывающим первый светоделитель с референтным отражателем.

   Bxodl

   В ход iv

   Фиг.3

   1

   1 4

   Сх19

   ////// z///z

   У/////////Л

   L

   7//////////////А

   У/////////Л

   УК

   V//////,

   IL