SU838334A1 - Способ дистанционной поверки линейных мер - Google Patents

Description

Изобретение относится к метрологии, а именно к способам дистанционной поверки линейных мер.

Известен способ дистанционной поверки линейных мер, сущность которого заключается в том, что используют эталонную частоту, передаваемую по каналам связи из метрологического центра для поверки опорной частоты синтезатора частот, частотой синтезатора модулируют световой поток источника света, поток направляют на поверхности, ограничивающие размер меры, изменяют частоту до момента равенства ее периода удвоенному фазовому сдвигу между модулированными световыми потоками, отраженными от поверхностей, и по величине частоты судят о размере меры [1].

Недостатком данного способа является фиксирование момента равенства периода изменяемой посредством синтезатора частоты удвоенному фазовому сдвигу между световыми сигналами с помощью измерения аналоговой величины (среднего значения тока) и связанная с этим необходимость сложных прецизионных измерений для достижения требуемых точностей поверки линейных мер.

Наиболее близким к предлагаемому является способ дистанционной поверки линейных мер, заключающийся в том, что по каналам связи передают образцовую частоту, эквивалентную эталонному размеру, в $ пункте приема образцовую частоту перестраивают с помощью синтезатора частот и перестроенной частотой поверяют опорную частоту, поверенной частотой модулируют световой поток источника света, например, оптического квантового генератора, модулироЮ ванный световой поток направляют на отражающие поверхности, ограничивающие поверяемый размер линейной меры, изменяют модулированную частоту и сравнивают ее период с фазовым сдвигом между световыми потоками, отраженными от поверхностей, ограничивающих поверяемый размер линейной меры [2].

Недостатком из.вестного способа является то, что, во-первых, его реализация требует использования высоких рабочих частот, а следовательно, высокочастотной аппаратуры, что не дает возможности измерять малые длины, а, во-вторых, при работе с частотно-модулированным сигналом электронный тракт должен пропускать целую полосу

частот. А в связи с тем, что шумы фотоприемников и электронного тракта пропорциональны ширине рабочей полосы частот, точность полученных результатов недостаточно высока.

Цель изобретения — повышение точности поверки и расширение диапазона измерений в сторону малых длин.

Поставленная цель достигается за счет того, что осуществляют поочередно перемножение электрических сигналов, соответствующих модулированным .световым потокам, отраженным от ограничивающих поверяемую линейную меру поверхностей, с опорными сигналами той же частоты, изменяют в каждом случае модулирующую частоту до момента равенства ее периода учетверенному фазовому сдвигу между основным и опорным сигналами, о чем судят по равенству нулю постоянной составляющей смешанного сигнала, а эквивалентную поверяемой линейной мере частоту, по которой судят о размере меры, определяют по двум найденным частотам.

На чертеже изображена схема, позволяющая реализовать предлагаемый способ.

Схема включает в себя приемник 1 эталонной частоты, синтезатор 2 частот, модулятор 3 света, оптический квантовый генератор 4, полупрозрачное зеркало 5, плоское зеркало 6, жестко связанное с тубусом фотоэлектрического микроскопа, наведенного на начальный штрих поверяемого подразделения штриховой меры (на чертеже не показаны), фотоприемники 7 и 8, смеситель, например, синхронный детектор 9, гальванометр 10, переключатель 11.

Поверка линейных мер осуществляется следующим образом.

По каналам связи передают эталонную частоту, эквивалентную эталонному размеру. В пункте приема эталонную частоту с помощью синтезатора 2 частот перестраивают и перестроенной частотой поверяют опорную частоту. Далее поверенной частотой, используя модулятор 3 света, модулируют световой поток генератора 4. Модулированное излучение с помощью полупрозрачного зеркала 5 делят на две равные по интенсивности части, одну из которых направляют на зеркало 6, а другую — на фотоприемник 7. Часть отраженного от зеркала 6 излучения полупрозрачным зеркалом 5 направляют на фотоприемник 8. Выходные сигналы фотоприемников 7 и 8 подают на вход синхронного детектора 9, осуществляющего перемножения сигналов, соответствующих модулированным световым потокам, отраженным от ограничивающих поверяемую линейную меру поверхностей, с опорными сигналами той же частоты. Очевидно, что эти сигналы будут сдвинуты по фазе по отношению друг к другу на величину, определяемую разностью путей 1, проходимых соответствующими световыми пучками, где 1 — величина начальной длины. Из сигнала на выходе детектора с помощью гальванометра 10 выделяют и измеряют постоянную составляющую, несущую информацию о сдвиге-фаз между основным и опорным сигналами. Затем с помощью синтезатора 2 частот изменяют модулирующую частоту до момента равенства ее периода Т1 учетверенному фазовому сдвигу между сигналами с фотоприемников 7 и 8, т. е. до значения

Т, = 1_ ₌ и. -З¹— ¹1 i с >

где f I — первая найденная частота;

с — скорость света.

В этот момент постоянная составляющая на выходе детектора 9 обращается в нуль.

Далее фотоэлектрический микроскоп (на чертеже не показан) наводят на конечный штрих поверяемого подразделения штриховой меры (при этом зеркало 6 занимает положение 6 , а расстояние между двумя положениями зеркала 6 равно поверяемой длине L) и находят аналогичным методом вторую частоту ' Частоту f, эк&ивалентную искомой длине L находят из соотношения

¢. /-/¾ с , S'/Л ‘ ^{8 z}

Поскольку в ряде случаев фазовые задержки частотногзависимы, то для компенсации вносимых ими погрешностей, каждую из частот f| и ΐχ определяют как среднюю арифметическую из двух измерений, что достигается при переключении входов смесителя 9 переключателем 11.

Таким образом, данный способ дает возможность использовать более низкие рабочие частоты и применить узкополосные усилители, что снижает уровень флюктуационных шумов, а также позволяет компенсировать погрешности фазовых задержек. При этом точность поверки выше, а диапазон измерений существенно расширился в сторону малых длин.

Claims (1)

1. (54) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОЙ ПОВЕР.КИ ЛИНЕЙНЫХ МЕР частот. А в св зи с тем, что шумы фотоприемников и электронного тракта пропорциональны ширине рабочей полосы частот, точность полученных результатов недостаточно высока. Цель изобретени  - повышение точности поверки и расширение диапазона измерений в сторону малых длин. Поставленна  цель достигаетс  за счет , что осуществл ют поочередно перемножение электрических сигналов, соответствуюШ .ИХ модулированным .световым потокам, отраженным от ограничивающих повер емую линейную меру поверхностей, с опорными сигналами той же частоты, измен ют в каждом случае модулирующую частоту до момента равенства ее периода учетверенному фазовому сдвигу между основным и опорным сигналами, о чем суд т по равенству нулю посто нной составл ющей смешанного сигнала, а эквивалентную повер емой линейной мере частоту, по которой суд т о размере меры, определ ют по двум найденным частотам. На чертеже изображена схема, позвол юща  реализовать предлагаемый способ. Схема включает в себ  приемник 1 эталонной частоты, синтезатор 2 частот, модул тор 3 света, оптический квантовый генератор 4, полупрозрачное зеркало 5, плоское зеркало 6, жестко св занное с тубусом фотоэлектрического микроскопа, наведенного на начальный штрих повер емого подразделе ни  штриховой меры (на чертеже не показаны ), фотоприемники 7 и 8, смеситель, например , синхронный детектор 9, гальванометр 10, переключатель И. Поверка линейных мер осуществл етс  следующим образом. По каналам св зи передают эталонную частоту, эквивалентную эталонному размеру . В пункте приема эталонную частоту с помощью синтезатора 2 частот перестраивают и перестроенной частотой повер ют опорную частоту. Далее поверенной частотой, использу  модул тор 3 света, модулируют световой поток генератора 4. Модулированное излучение с помощью полупрозрачного зеркала 5 дел т на две равные по интенсивности части, одну из которых направл ют на зеркало 6, а другую - на фотоприемник 7. Часть отраженного от зеркала 6 излучени  полупрозрачном зеркалом 5 направл ют на фотоприемник 8. Выходные сигналы фотоприемников 7 и 8 подают на вход синхронного детектора 9, осуществл ющего перемножени  сигналов, соответствующих модулированным световым потокам, отраженным от ограничивающих повер емую линейную меру поверхностей, с опорными сигналами той же частоты. Очевидно, что эти сигналы будут сдвинуты по фазе по отношению друг к другу на величину, определ емую разностью путей 1, проходимых соответствующими световыми пучками, где 1 - величина начальной длины. Из сигнала на выходе детектора 9 с помощью гальванометра 10 выдел ют и измер ют посто нную составл ющую, несущую информацию о сдвиге.фаз между основным и опорным сигналами. Затем с помощью синтезатора 2 частот измен ют модулирующую частоту до момента равенства ее периода Т учетверенному фазовому сдвигу между сигналами с фотоприемников 7 и 8, т. е. до значени  T, f 4-4, где f 1 - перва  найд енна  частота; с - скорость света. В этот момент посто нна  составл юща  на выходе детектора 9 обращаетс  в нуль. Далее фотоэлектрический микроскоп (на чертеже не показан) навод т на конечный щтрих повер емого подразделени  штриховой меры (при этом зеркало 6 занимает положение б , а рассто ние между двум  положени ми зеркала б равно повер емой длине L) и наход т аналогичным методом вторую частоту -|--Ti VЧастоту f, эк&ивалентную искомой длине L наход т из соотношени  Поскольку в р де случаев фазовые задержки частотногзависимы, то дл  компенсации вносимых ими погрешностей, каждую из частот f| и f определ ют как среднюю арифметическую из двух измерений, что достигаетс  при переключении входов смесител  9 переключателем 11. Таким образом, данный способ дает возможность использовать более низкие рабочие частоты и применить узкополосные усилители , что снижает уровень флюктуационных щумов, а также позвол ет компенсировать погрещности фазовых задержек. При этом точность поверки выще, а диапазон измерений существенно расширилс  в сторону малых длин. Формула изобретени  Способ дистанционной поверки линейных мер, заключающийс  в том, что опорную частоту периодически повер ют по образцовой частоте, передаваемой по каналам св зи и перестраиваемой с помощью синтезатора частот, поверенной частотой модулируют световой поток, который направл ют на отражающие поверхности, ограничивающие линейную меру, измен ют модулирующую частоту и сравнивают ее период с фазовым сдвигом между световыми потоками, отраженными от ограничивающих линейную меру поверхностей , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности поверки и расщирени  диапазона измерений.в сторону малых длин.

   осуществл ют поочередно перемножение электрических сигналов, соответствующих модулированным световым потокам, отраженным от ограничивающих повер емую линейную меру поверхностей, с опорными сигналами той же частоты, измен ют в каждом случае модулирующую частоту до момента равенства ее периода учетверенному фазовому сдвигу между основным и опорным сигналами, о чем суд т по равенству нулю посто нной составл ющей смещанного сигнала, а Эквивалентную повер емой линейной мере частоту, по которой суд т о размере меры, определ ют по двум найденным

   частотам.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1Авторское свидетельство СССР № 455239, кл. G 01 В 19/36, 1972.

   2Авторское свидетельство СССР по за вке№ 2376930/28, кл. G 01 В 19/36, 1979 (прототип).