SU1714360A1 - Displacement transducer - Google Patents

Displacement transducer Download PDF

Info

Publication number
SU1714360A1
SU1714360A1 SU904781476A SU4781476A SU1714360A1 SU 1714360 A1 SU1714360 A1 SU 1714360A1 SU 904781476 A SU904781476 A SU 904781476A SU 4781476 A SU4781476 A SU 4781476A SU 1714360 A1 SU1714360 A1 SU 1714360A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
photodetector
light beam
frequency generator
retroreflector
reference light
Prior art date
Application number
SU904781476A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Иванович Юрлов
Александр Нефедович Максимов
Original Assignee
Научно-исследовательский институт прикладной геодезии
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский институт прикладной геодезии filed Critical Научно-исследовательский институт прикладной геодезии
Priority to SU904781476A priority Critical patent/SU1714360A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1714360A1 publication Critical patent/SU1714360A1/en

Links

Landscapes

  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике. Цель изобретени  - повышение точности за счет уменьшени  вли ни  флуктуации направлени  опорного пучка. Устройство состоит из источника 1 опорного светового луча, акустооптического модул тора 2, фотоприемника 3, ретроотра- жател  4 и фотоприемника 5i Фазы сигналов на фотоприемниках 3 и 5 завис т от положени  модул тора 2 относительно опорного луча и от угла распространени  опорного луча. Измер   фазовые задержки сигналов с фотоприемников относительно друг друга и относительно сигнала опорной частоты, компенсируют вли ние флуктуации направлени  опорного луча. 1 ил.VI ^OJо оThe invention relates to a control and measuring technique. The purpose of the invention is to improve accuracy by reducing the effect of fluctuations in the direction of the reference beam. The device consists of a source 1 of the reference light beam, an acousto-optic modulator 2, a photodetector 3, a retroreflector 4 and a photodetector 5i The phases of the signals on the photodetectors 3 and 5 depend on the position of the modulator 2 relative to the reference beam and on the angle of propagation of the reference beam. Measuring the phase delays of the signals from the photodetectors relative to each other and relative to the reference frequency signal, compensates for the effect of the fluctuations in the direction of the reference beam. 1 vl.VI ^ OJo about

Description

Изобретение относитс  к контрольноизмерительной технике и может быть использовано дл  измерени  смещений, например, в инженерной геодезии, а также при создании высокоточных систем автоматического контрол  уникальных объектов.The invention relates to reference measurement technology and can be used to measure displacements, for example, in engineering geodesy, as well as in the creation of highly accurate systems for the automatic control of unique objects.

Известно устройство дл  измерени  смещений, содержащее источник света, систему формировани  опорного светового луча, акустооптический модул тор (АОМ), генератор несущей частоты, соединенный с АОМ, генератор, модулирующий колебани , фотоприемник и фазометр.A device for measuring displacements is known, comprising a light source, a reference light beam forming system, an acousto-optic modulator (AOM), a carrier frequency generator connected to the AOM, a modulating oscillator, a photodetector, and a phase meter.

Недостатком известного устройства  вл етс  низка  точность, обусловленна  флюктуаци ми направлени  опорного светового луча.A disadvantage of the known device is the low accuracy due to the fluctuations of the direction of the reference light beam.

Известно также устройство дл  измерени  смещений, содержащее последовательно установленные и оптически св занные источник света, систему формировани  опорного светового луча, акустооптический модул тор, генератор несущей частоты, соединенный с АОМ, генератор опорного сигнала , выход которого соединен с модул ционным входом генератора несущей частоты, фотоприемник и фазометр.It is also known a device for measuring displacements comprising a sequentially mounted and optically coupled light source, a system for forming a reference light beam, an acousto-optic modulator, a carrier frequency generator connected to an AOM, a reference signal generator, the output of which is connected to a modulation input of a carrier frequency generator, photodetector and phase meter.

Недостатком известного устройства  вл етс  то, что измерение смещений производитс  совместно с флюктуаци ми направлен1/1  опорно-светового луча,, что снижает точность измерени  смещени  контролируемого объекта.A disadvantage of the known device is that the measurement of displacements is carried out in conjunction with the fluctuations of the 1/1 directional light beam, which reduces the accuracy of the measurement of the displacement of the object being monitored.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  устройство дл  измерени  смещений, содерж ;.иее оптически св занные источник опорного светового луча , акустооптический модул тор, ретроотражатель и фотоприемник, генератор несущей частоты, выход которого подключен к выходу акустооптического модул тора, генератор опорной частоты, выход которого подключен к модул ционному входу генератора несущей частоты, и фазометр, входы которого подключены к выходам фотоприемника и генератора опорной частоты соответственно .The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a device for measuring displacements containing their optically coupled source of the reference light beam, an acousto-optic modulator, retroreflector and photodetector, a carrier frequency generator, the output of which is connected to the output of the acousto-optic modulator, reference frequency generator, the output of which is connected to a modular input of a carrier frequency generator, and a phase meter, whose inputs are connected to the outputs of a photodetector and a generator of a reference hour Ota respectively.

Недостатком известного устройства  вл етс  низка  точность, вызванна  тем, что оно обеспечивает измерение смещений суммарно с флюктуаци ми направлени  опорного светового луча.A disadvantage of the known device is the low accuracy caused by the fact that it provides a measurement of the displacements in total with the fluctuations of the direction of the reference light beam.

В известном устройстве АОМ работает только с падающим на ретроотражатель опорным световым лучом, т.е. с лучом, несущим одновременно информацию и о смещении объекта и о флюктуаци х опорного светового луча, что снижает точность измерений .In the known device, the AOM only works with the reference light beam incident on the retro-reflector, i.e. with the beam carrying simultaneously information about the object displacement and fluctuations of the reference light beam, which reduces the measurement accuracy.

Цель изобретени  - повышение точности измерений.The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  измерени  смещений, содержащее оптически св занные источник опорного светового луча, акустооптический модул тор, ретроотражатель и фотоприемник , генератор несущей частоты, выход которого подключен к входу акустооптического модул то Ьа, генератор опорной частоты, выход которого подключен к модул ционному входу генератора несущей частоты, и фазометр, входы которого подключены к выходам фотоприемника и генератора опорной частоты соответственно , снабжено вторым фотоприемником ивторым фазометром, входы которого подключены к выходам первого и второго фотоприемников соответственно,- при этом акустооптический .модул тор установлен с возможностью взаимодействи х отраженным от ретроотражател  лучом, а второй фотоприемник установлен по ходу дифрагированного на акустооптическом модул торе отраженного от ретроотражател  луча.This goal is achieved by the fact that a device for measuring displacements containing an optically coupled source of a reference light beam, an acousto-optic modulator, a retroreflector and a photoreceiver, a carrier frequency generator, the output of which is connected to the input of an acousto-optical module b, the reference frequency generator, the output of which is connected to The modulation input of the carrier generator, and the phase meter, the inputs of which are connected to the outputs of the photodetector and the reference frequency generator, respectively, are provided with a second photodetector and torym phase meter, whose inputs are connected to outputs of the first and second photodetectors, respectively, - wherein the acoustooptic .modul torus mounted for reacting x retrootrazhatel reflected from the beam and a second photodetector mounted downstream of the diffracted on the acoustooptic modulator retrootrazhatel reflected from the beam.

Установление АОМ в области как отраженного от ретроотражател , так и пр мо падающего на него опорного светового луча с обеспечением дифракции от обоих лучей, и введение дополнительно фотоприемника и фазометра позвол ет измерить флюктуации направлени  опорного светового луча и исключить их вли ние на результаты измерени  собственно смещени  объекта, чем повышаетс  точность этих измерений.The establishment of an AOM in the region of both the reflected light from the retroreflector and the reference light beam directly incident on it with diffraction from both rays, and the introduction of an additional photodetector and phase meter allows measuring the fluctuations of the direction of the reference light beam and eliminating their influence on the measurement results of the actual displacement object, which increases the accuracy of these measurements.

На чертеже представлена структурна  схема устройства дл  измерени  перемещений .The drawing shows a block diagram of a device for measuring displacements.

Устройство дл  измерени  смещений (фиг. 1) содержит последовательно установленные и оптически св занные источник 1 опорного светового луча (например, гелийнеоновый лазер)акустооптический модул тор (АОМ) 2, установленный на объекте, фотоприемник 3, расположенный по ходу дифракционного луча от падающего на АОМ опорного светового луча, ретроотражатель 4, выполненный в виде зеркальной триппель-призмы , фотоприемник 5, расположенный по ходу дифракционного луча от отраженного ретроотражателем 4 опорного светового луча, генератор б несущей частоты , выход которого св зан с входом АОМ 2, генератор 7 опорного сигнала, выход которого соединен с модул ционным входом генератора 6 несущей частоты и входом фазометра 8, другой вход которого соединен с выходом фотоприемника 3, фазометр 9, входы которого соответственно соединены с выходами фотоприемников 3 и 5.The device for measuring displacements (Fig. 1) contains a series-mounted and optically coupled source 1 of a reference light beam (for example, a helium-neon laser) an acousto-optic modulator (AOM) 2 installed on the object, a photodetector 3 located along the diffraction beam from the incident AOM reference light beam, retroreflector 4, made in the form of a mirror triple prism, photodetector 5, located along the diffraction beam from the reflected retroreflector 4 reference light beam, generator b carrier hour Oia, the output of which is connected to the input of the AOM 2, the generator 7 of the reference signal, the output of which is connected to the modulation input of the carrier frequency generator 6 and the input of the phase meter 8, another input of which is connected to the output of the photodetector 3, the phase meter 9, whose inputs are respectively connected to the outputs photodetectors 3 and 5.

Акустооптический модул тор установлен между источником 1 опорного светового луча и ретроотражателем 4 в области как отраженного от ретроотражател  4, так и пр мо падающего на него опорного светового луча.Acousto-optic modulator is installed between the source 1 of the reference light beam and the retro-reflector 4 in the area of both the reflected from the retro-reflector 4 and the direct light beam incident on it.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Световой поток от источника 1 представл ет собой тонкий луч с плоским врлновым ф|зонтом. в качестве источника 1 в данном случае применен гелий-неоновый лазер. В случае применени  другбго источника света (светодиод, полупроводниковый лазер и т.д.) в его состав должна входить оптическа  система (коллиматор), формирующа  опорный световой луч с необходимыми параметрами. В случае, -если объект удален на значительное .рассто ние, в состав источника 1 также должна входить така  оптическа  система.The light flux from source 1 is a thin beam with a flat wavelength. In this case, a helium-neon laser is used as the source 1. In the case of using a different light source (LED, semiconductor laser, etc.), it should include an optical system (collimator) that forms the reference light beam with the necessary parameters. In the event that an object is removed by a considerable distance, source 1 must also include such an optical system.

Опорный световой луч проходит через АОМ2.The reference light beam passes through AOM2.

В результате акустооптического взаимодействи  падающий опорный световой луч испыть1вает дифракцию, продифрагированна  часть луча падает на фотоприемник 3. Отраженный от ретроотражател  4 опорный световой луч возвращаетс  параллельно падающему лучу и вновь проходит ДОМ 2, В результате акустооптического взаимодействи  отраженный опорный световой луч испытывает дифракцию, продифрагированна  часть луча падает на фотоприемник 5. Опорный синусоидальный сигнал с выхода генератора 7 опорного сигнала поступает на модул ционный вход генератора 6 несущей частоты и на один из входов фазометра 8. Генератор б несущей частоты работает в режиме амплитудной модул ции, В результате генератор 6 генерирует АМ-сигнал , преобразуемый в АОМ 2 в ультразвуковую волну, котора  через промежутки времени, равные времени ее пробега от входного торца АОМ 2 до пересечени  падающего опорного светового луча и отраженного ретроотражателем 4 опорного светового луча, вызывает дифракцию этих лучей.- Дифрагированные лучи формируют сигналы на выходах фотоприемников 3 и 5, на частоте огибающей АМ-сигнала генератора 6, задержанные во времени. Эта временна  задержка пропорциональна линейному смещению относительно торца АОМ 2 падающего опорного светового луча и отраженного опорного светового луча. Временна  задержка приводит к по влению фазового сдвига. Сигнал с фотоприемника 3 передаетс  на в торой вход фазометра 8 и на один из входов фазометраAs a result of the acousto-optic interaction, the incident reference light beam undergoes diffraction, the diffracted part of the beam falls on the photodetector 3. The reference light beam reflected from retroreflector 4 returns parallel to the incident beam and passes HOUSE 2 again. falls on the photodetector 5. The reference sinusoidal signal from the output of the generator 7 reference signal is fed to the modulation input of the generator torus 6 of the carrier frequency and one of the inputs of the phase meter 8. The carrier frequency generator b operates in an amplitude modulation mode. As a result, the generator 6 generates an AM signal converted to an AOM 2 into an ultrasonic wave, which, at intervals of time equal to its travel time the input end of the AOM 2 to the intersection of the incident reference light beam and the retroreflector 4 of the reference light beam reflected causes diffraction of these rays. - The diffracted rays generate signals at the outputs of photodetectors 3 and 5 at the frequency of the AM signal envelope generator 6, delayed in time. This time delay is proportional to the linear offset from the end of the AOM 2 of the incident reference light and the reflected reference light. A time delay leads to the appearance of a phase shift. The signal from the photodetector 3 is transmitted to the second input of the phase meter 8 and to one of the inputs of the phase meter

9, на другой вход которого подают сигнал с фотоприемника 5. Таким образом, фазометр 8 измер ет смещение торца. АОМ 2 относительно падающего луча, которое может быть определено по формуле9, to another input of which a signal is fed from the photodetector 5. Thus, the phase meter 8 measures the end displacement. AOM 2 relative to the incident beam, which can be determined by the formula

XM3M. V -Q;(1)XM3M. V -Q; (1)

где (р - показани  фазометра 8;where (p - readings of phase meter 8;

V - скорость ультразвуковых волн в АОМЗ;V is the velocity of ultrasonic waves in AOMZ;

Q- частота генератора опорного сигнвла .Q is the frequency generator of the reference signal.

Фазометр 9 измер ет рассто ние между падающим и отраженным световыми лучами , которое может быть рассчитано по формулеA phase meter 9 measures the distance between the incident and reflected light rays, which can be calculated using the formula

А .(2),A. (2),

Началом отсчета дл  измерени  смещений служит оптическа  ось, проход ща  через центр излучени  источника 1 света и вершину трип л ель-призмы 4. Угол а отклонени  направлени  опорного луча от оптической оси может быть рассчитан по формуле ДThe starting point for measuring displacements is the optical axis passing through the center of radiation of the source of light 1 and the top of triplander prism 4. The angle a of the deflection of the direction of the reference beam from the optical axis can be calculated by the formula D

(3)(3)

а-2Za-2Z

где Z - рассто ние между источником 1 света и ретроотражателем 4.where Z is the distance between light source 1 and retro-reflector 4.

Смещение объекта Хист. относительно оптической оси при любых флюктуаци х а равноObject displacement hist. relative to the optical axis for any fluctuations and is

Хист. Хизм.-а1:(4)Heath. Hiz.-a1: (4)

где I - рассто ние от источника 1 света доwhere I is the distance from light source 1 to

АОМ 2.AOM 2.

Подставл   (1) - (3) в (4), окончательно получимSubstituting (1) - (3) into (4), we finally get

Хист. -Q ().(5)Heath. -Q (). (5)

Таким образом предлагаемое устройство позвол ет в отличие от известного получить точное значение смещени , из которого исключена ошибка, обусловленна  флюктуаци ми направлени  опорного светового луча. ,. Thus, the proposed device allows, in contrast to the known, to obtain an exact offset value, from which an error due to fluctuations in the direction of the reference light beam is excluded. ,

Вычислени  по формуле (5) могут производитьс  вручную оператором или на мини-ЭВМ в автоматическом режиме.. При этом ЭВМ может быть состыкована с выходами фазометров 8 и 9.Calculations using formula (5) can be done manually by the operator or on a mini-computer in automatic mode. In this case, the computer can be connected to the outputs of phase meters 8 and 9.

Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства  вл етс  возможность контрол  смещений одновременно двух объектов. При этом на одном из нихAn additional advantage of the proposed device is the ability to control the displacements of two objects simultaneously. At the same time on one of them

должен быть установлен АОМ 2, а на другом ретроотражатель 4.An AOM 2 must be installed, and a retro-reflector 4 on another.

Claims (1)

Формула изобретени  Устройство дл  измерени  смещений содержащее оптически св занные источнии опорного светового луча, акустооптическиРClaims An apparatus for measuring displacements containing optically coupled sources of a reference light beam acoustooptical модул тор, ретроотражатель и первый фотоприемник , генератор несущей частоты, выход которого подключен к входу акустооптического модул тора, ген1ератор опорной частоты, выход которого подключен к модул ционному входу генератора несущей частоты, и первый фазометр, входы которого подключены к выходам фотоприемника и генератора опорной частоты соответственно , о т л и ч а ю щ ее с   тем, что, с целью повышени  точности, оно снабжено вторымmodulator, retroreflector and first photodetector, carrier frequency generator, the output of which is connected to the input of an acousto-optic modulator, reference frequency generator, the output of which is connected to the modulation input of the carrier frequency generator, and the first phase meter, whose inputs are connected to the outputs of the photoreceiver and reference frequency generator accordingly, with the fact that, in order to increase accuracy, it is equipped with a second фотоприемником и вторым фазометром, входы которого подключены к выходам первого и Btoporo фотоприемников соответственно , при этом акустооптический модул тор установлен с возможностью взаимодействи  с отраженным от ретроотражател  лучом, а второй фотоприемник установлен по ходу дифрагированного на акустооптическом модул торе отраженного от ретроотражател  луча.a photodetector and a second phase meter, the inputs of which are connected to the outputs of the first and Btoporo photodetectors, respectively, while the acousto-optic modulator is installed to interact with the beam reflected from the retroreflector, and the second photodetector is installed along the beam reflected from the retro-reflector beam reflected from the retroreflector.
SU904781476A 1990-01-15 1990-01-15 Displacement transducer SU1714360A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904781476A SU1714360A1 (en) 1990-01-15 1990-01-15 Displacement transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904781476A SU1714360A1 (en) 1990-01-15 1990-01-15 Displacement transducer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1714360A1 true SU1714360A1 (en) 1992-02-23

Family

ID=21491117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904781476A SU1714360A1 (en) 1990-01-15 1990-01-15 Displacement transducer

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1714360A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР l\k 1413422, кл. G01 В21/00, 1988.Авторское свидетельство СССР N2 1460606, кл. G 01 В 11/00, 1989.Авторское свидетельство СССР № 1464037, кл. G 01 В 11 /00, 1989. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0271188B1 (en) Laser doppler displacement measuring apparatus
EP0646767A2 (en) Interferometric distance measuring apparatus
EP0489474B1 (en) Laser apparatus for measuring the velocity of a fluid
JPH0419512B2 (en)
US5141317A (en) Method of optoelectronically measuring distances and angles
US5774218A (en) Laser Doppler velocimeter with electro-optical crystal
US4890921A (en) Scanning interferometer
US5026162A (en) Optical interference position measurement system
US4822164A (en) Optical inspection device and method
SU1714360A1 (en) Displacement transducer
US4183671A (en) Interferometer for the measurement of plasma density
SU1185073A1 (en) Arrangement for measuring linear and angular movements of an object
SU1696851A1 (en) Interferometer for measuring deviation from rectilinearity
SU894350A2 (en) Interferential method for measuring linear and angular displacement value
EP0307451A1 (en) Apparatus and method for locating the direction of an atomic beam.
SU1179103A1 (en) Interferometer for distance measurement
SU1076739A1 (en) Linear displacement converter
SU408145A1 (en) DESCRIPTION OF THE INVENTION
RU2175753C1 (en) Method of determination of deviation from linearity
SU1416864A1 (en) Device for measuring angular displacements of object
SU1142731A1 (en) Measuring system having three-mirror laser-interferometer
RU2017061C1 (en) Method for measuring interference order and device implementing said method
JPS6428504A (en) Length measuring device
JPS6428503A (en) Length measuring device
SU1499122A2 (en) Arrangement for checking linear displacements