SU1763882A1 - Гетеродинный интерференционный способ измерени перемещени и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к лазерной интерферометрии и может быть использовано дл  измерени  перемещени . Цель изобретени  - повышение точности измерени  за счет использовани  гетеродинного метода обработки сигналов. Последние получают посредством лазерного интерферометра с акустооптическим модул тором; он управл етс  генератором сигналов с делител ми частоты на выходе. На выходе фотоприемника включены балансные смесители, с которыми св зан блок цифровой индикации и указанные делители частоты. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Description

сл

с

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к лазерной интерферометрии , и может быть использовано дл  измерени  точных перемещений.

Известен способ измерени  перемещени , заключающийс  в формировании из п интерференционных сигналов, сдвинутых по фазе на л:/п, 2п импульсов на каждый пор док интерференции.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  способ измерени  перемещени , заключающийс  в том, что измер емое перемещение преобразуют с помощью оптико-электронного интерференционного преобразовател  с применением гармонической модул ции в п интерференционных сигналов, сдвинутых на л/п по фазе, и формируют из п интефе- ренционных сигналов 2п импульсов на каждый пор док интерференции, которые используют дл  оценки перемещени .

Устройство дл  измерени  перемещени , содержит оптически св занные лазер, светоделительный кубик, опорный и измерительный отражатели, модул тор, фотоприемник , электрически св занные с управл ющим входом модул тора генератор сигналов, причем с выходом фотоприемника соединены формирователи с блоком цифровой индикации.

Недостатком указанного способа и устройства  вл етс  невысока  точность, вызванна  необходимостью применени  п фотоприемных устройств и п оптических фа- зосдвигающих устройств.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  за счет использование одного общего оптического интерференционного сигнала , а также упрощение электрической схемы.

Указанна  цель достигаетс  тем, что из сигнала гармонической модул ции получают асинхронных сигналов, сдвинутых на лУп

XI

О

со со оо

ю

по фазе, исходный электрический сигнал перемножают с п синхронными сигналами, а полученные в результате умножени  п электрических сигналов используют дл  формировани  2п импульсов на каждый пор док интерференции.

Устройство дл  измерени  перемещени  снабжено двум  делител ми частоты, один из которых включен между выходом генератора сигналов и управл ющим вхо- дом модул тора, двум  балансными смесител ми , включенными между выходом фотоприемника и блоком цифровой индикации , а входы этих смесителей св заны с выходами делителей частоты,

На фиг.1 представлена схема, по сн юща  предлагаемый способ; на фиг.2 - то же при п 2.

Световой сигнал интерференционного преобразовател  1, пропорциональный из- мер емому перемещению АХ, преобразуетс  оптическим модул тором 2 и фотоприемником 4 в гармонический сигнал:

иф(г) итсо5(Оэг+КАХ),(1)

где ит - амплитуда напр жени ; Оз - частота гармонической модул ции; К 2л/А, А- оптическое волновое число и длина волны света;

Д X - перемещение.

Генератор электрических колебаний 3 синтезирует синхронные сигналы, сдвинутые по фазе на тг/n, где п - число сигналов:

U01(t)UmCOS(Јit),

U02(t) UmCos(Q t-7r/n),(2)

U03(t) Umcos( + 2 л:/п),

U0n(t) UmCOs( Ш + (П - 1) TT/n),

Один из этих сигналов, например U01, подаетс  на оптический модул тор и  вл - етс  сигналом модул ции.

Вместе с сигналом (1) фотоприемника синхронные сигналы (2) подаютс  на п балансных смесителей 5, на выходах которых по вл ютс  сигналы

U1(t) Umcos(KAX),

U2(t) - Umcos(K AX + тг/n),(3)

U3(t) Umcos(K AX + 2 лУп),

Un(t) UmCOS(K A X + (П - 1) 7Г/П).50

Сдвинутые по фазе на лУп сигналы (3) поступают на логический блок 6, где из п сигналов получают 2п импульсов на период интерференционной полосы (период фазового сдвига световых волн).

Импульсы поступают на реверсивный счетчик, который в зависимости от направлени  перемещени  производит сложение или вычитание импульсов и представл ет

информацию о перемещении в соответствующих дробных дол х длин волн А/2п в виде цифрового кода.

Направление перемещени  анализируетс  в логическом блоке 6, который формирует сигнал пр мой и обратный ход дл  реверсивного счетчика. Анализ направлени  производитс  по опережению или запаздыванию любых двух сигналов (3), поступающих в логический блок 6.

На фиг.2 показана схема устройства, реализующа  данный способ измерени  перемещений при п 2.

Устройство работает следующим образом . Излучение монохроматического источника 1 раздел етс  на светоделительной грани куба 2 на два пучка - измерительный и опорный.

Отразившись от измерительного 3 и опорного 4 отражателей, световые пучки совмещаютс  на светоделительной грани под углом а, задаваемым оптическим клином 5. Угол а выбираетс  равным углу дифракции световых волн на ультразвуке. После прохождени  измерительного и опорного каналов интерферометра световые волны падают на акустооптический модул тор 6, в котором одни из световых потоков, например опорного канала, получает сдвиг оптической ч астоты на QO, а затем вместе с измерительным потоком подаетс  на фотоприемное устройство 10, где на частоте модул ции выдел етс  электрический сигнал

иф(т.) Umcos(Qot + К А X),(4)

Генератор 7 стабильной частоты вырабатывает электрические сигналы опорной частоты QO. Пр мой и инверсный выходы генератора 7 св заны с входами делителей 8 частоты на два. В результате на выходах делителей 8 сигналы описываютс  выражени ми

UCOS + UmCOS(Qj t),

Usin Umcos( + л/2) Umsin( Qo). (5)

Один из сигналов (5) подаетс  на излучатель 9 ультразвуковых волн, создающий в акустооптическом модул торе бегущие зву- крвые волны.

Сигналы (5), сдвинутые на nil по фазе, подаютс  на входы балансных смесителей 11, на вторые входы которых подаетс  сигнал (4) с фотоприемника. С выходов балансных смесителей сигналы, сдвинутые по фазе на л/2, на нулевой частоте подаютс  через формирователи 12 в виде квадратурных сигналов на вход устройства 13 цифровой индикации К524, представл ющего информацию о перемещении объекта с дискретностью л/4 в цифровом виде. За счет

двойного хода луча дискретность отсчета перемещений составл ет А/8,

Таким образом, применение оптического гетеродинировани  дл  получени  измерительного электрического сигнала и последующа  автоматическа  интерпол ци  фазового сдвига электрического сигнала относительно сигнала модул ции путем формировани  синхронных электрических сигналов, сдвинутых на , позвол ет по- высить точность существующих лазерных измерительных устройств, упростить электрическую схему,

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и  

1. Гетеродинный интерференционный способ измерени  перемещени , заключающийс  в том, что измер емое перемещение преобразует с помощью оптико-электронного интерференционного преобразовател  с применением гармонической модул ции в п интерференционных сигналов, сдвинуты на тг/2 по фазе, формируют из п интерференционных сигналов 2п импульсов на каждый пор док интерференции, которые использу- ют дл  оценки перемещени , отличающийс  тем, что, с целью повышени 

АХ

точности измерени , из сигнала гармонической модул ции получают п синхронных сигналов , сдвинутых на л/n по фазе, исходный электрический сигнал перемножают с п синхронными сигналами, а полученные в результате умножени  п электрических сигналов используют дл  формировани  2п импульсов на каждый пор док интерференции .

2. Устройство дл  гетеродинного интерференционного измерени  перемещени , содержащее оптически св занные лазер, светоделительный кубик, опорный и измерительный отражатель, модул тор, фотоприемник , электрически св занный с управл ющим входом модул тора генератор сигналов, а с выходом фотоприемника - формирователи с блоком цифровой индикации , отличающеес  тем, что оно снабжено двум  делител ми частоты, один из которых включен между выходом генератора сигналов и управл ющим входом модул тора , двум  балансными смесител ми, включенными между выходом фотоприемника и блоком цифровой индикации, а входы этих смесителей св заны с выходами делителей частоты.

8ь/х. код

ФигЛ

7

Фиг. 2.

Claims (2)

1. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 15

   1. Гетеродинный интерференционный способ измерения перемещения, заключающийся в том, что измеряемое перемещение преобразует с помощью оптико-электронного интерференционного преобразователя с 20 применением гармонической модуляции в η интерференционных сигналов, сдвинуты на л/2 по фазе, формируют из η интерференционных сигналов 2п импульсов на каждый порядок интерференции, которые использу- 25 ют для оценки перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, из сигнала гармонической модуляции получают η синхронных сигналов, сдвинутых на π/п по фазе, исходный электрический сигнал перемножают с η синхронными сигналами, а полученные в результате умножения η электрических сигналов используют для формирования 2п импульсов на каждый порядок интерференции.
2. 2. Устройство для гетеродинного интерференционного измерения перемещения, содержащее оптически связанные лазер, сретоделительный кубик, опорный и измерительный отражатель, модулятор, фотоприемник, электрически связанный с управляющим входом модулятора генератор сигналов, а с выходом фотоприемника формирователи с блоком цифровой индикации, отличающееся тем, что оно снабжено двумя делителями частоты, один из которых включен между выходом генератора сигналов и управляющим входом модулятора, двумя балансными смесителями, включенными между выходом фотоприемника и блоком цифровой индикации, а входы этих смесителей связаны с выходами делителей частоты.

   Фиг.1