SU877325A1 - Интерференционный измеритель перемещений - Google Patents

Description

(54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

1

Изобретение относитс  к оптической интерферометрии и может быть использовано дл  измерени  мгшых угловых колебаний ультоазвуковых и электроакустических преобразователей , в частности, оптических фазовых модул торов с пьезоэлектрическим, электромагнитным, электродинамическим , магнитострикционным и т.д. ПРИВОДОМ .

Известно интерферометрическое устройство, которое содержит источник излучени , интерференционную систему , два фотоприемника и схему обработки сигналов, СОСТОЯЩУЮ из последовательно соединенных дифференциального усилител , демодул тора и ре-, гистрируюшего блока fl .

При использовании данного устройства дл  измерени  угловых перемещений колеблющегос  отражател  интерференционной системы не обеспечиваетс  высока  точность измерений,так как по вл ютс  ошибки, св занные с переюстировкой интерференционной системы и вли нием посто нных вибраций и флуктуации показател  преломлени  воздуха.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  интерференционный измеритель перемещений, содержащий источник излучени , установленную по ходу светового луча интерференционную систему, включгиощую в себ  зеркало, св зываемое с исследуемым объектом, диафрагму и Фотоприемник, схему обработки сигналов, СОСТОЯЩУЮ из двух идентичных каналов, содержащих соединенные последовательно избиратель10 ный усилитель и детектоо, генератора и отсчетного блока 23.

Цель изобретени  - повышение точности измерений угловых перемещений;

Поставленна  цель достигаетс  15 тем, что интерференционный измеритель перемещений снабжен второй диафрагмой и вторым фотоприемником, соединенными последовательно тригге- ром, блоком формировани  импульсов

20 запрета, генератором пилообразного напр жени  и электрическим модул тором , предназначенным Дл  подключени  к исследуемому объекту, а в каждый канал схемы обработки сигна25 лов введены соединенные последовательно триггер Шмидта и дифференцирующий блок, вход триггера Шмидта подключен к выходу детектора, вход каждого из каналов схемы обработки

30 сигналов подключен к соответствующему фотоприемнику, а выход - к триггеру , который подключен к отсчетному блоку, а вход электоического модул тооа соединен с входом генератора .. На фиг. 1 представлена схема интерференционного измерител  перемеше1}ий; на Фиг. 2 - приведены временные диафрагмы напр жений.

УСТРОЙСТВО состоит из источника 1 излучени , оптически св занной с ним интерференционной системы 2, состо щей из оптически св занных отражател  3, первого оптического телескопического узла, составленного из ДЛИННОФОКУСНОГО и короткофокусного объективов 4 и 5, полупрозрачного зеркала 6 , второго оптического телескопического узла, составленного из КОРОТКОФОКУСНОГО и длиннофокусного объективов 7 и 8, третьего оптического телескопического узла, составленного из КОРОТКОФОКУСНОГО и длиннофокусного объективов 9 и 10 и зеркала 11, двух диафрагм 12 и 13, установленных на выходе интерференционной системы 2, двух фотоприемников 14 и 15 и схемы обработки сигналов , содерж ащей два избирательных усилител  16 и 17, два детектора 18 и 19,. два триггера 20 к 21 Шмидта, два дифференцирующих блока 22 и 23, триггер 24, отсчетный блок 25,электрический модул тор 26, генератор 27. пилообразного напр жени , блок 28 Формировани  импульсов запрета и генератор 29.

Устройство работает следующим образом.

Поток излучени  от источника 1 с помощью полупрозрачного зеркала б делитс  на два потока, которые напЪавл ютс  в первый и второй оптические узлы 4и5и9и10 соответственно . Каждый из этих телескопических узлов расшир ют падающие на потоки излучени  и направл ют их на отражатель 3 и зеркало 11. После отражени  от отражател  3 и зеркала 11 разделенные потоки излучени  возвращаютс  в телескопические узлы 4 и5и9и10, после йрохождени  через которые они сужаиотс  до первоначального размера в поперечном сечении и совмещаютс  на полупрозрачном зеркале б. Совмещенные потоки излучени  полупрозрачным зеркалом б направл ютс  в третий опти-; ческий телескопический узел 7 и 8, КОТОРЫЙ расшир ет их до тех же размеров в поперечном сечении, которые они имеют в плоскости зеркала 11.

Генератор 29 вырабатывает электрическое напр жение гармонической Формы с той частотой, на КОТОРОЙ испытываетс  исследуемый объект 3Q (электроакустический или ультразвуковой преобразователь), с которым св зываетс  зеркало 11 интерференционной системы 2. Напр жение с выхода генератора 29 подаетс  на злектричес кий модул тор 26, на второй вход которого подаетс  сигнал от генератора 27 пилообразного напр жени . На вы5 ходе электрического модул тора 26, таким образом, имеет место гармоническое напр жение (например синусоидальной ФоркЕл), модулированное по амплитуде по пилообразному закону

Q (фиг. 2а). Это напр жение подаетс  далее на исследуемый объект 30, с которым св зываетс  зеркало 11. Зеркало 11, таким образом, колеблетс  и осуществл ет модул цию разности Фаз потоков излучени  интерферирующих

в плоскости диафрагм 12 и 13. С помощью диафрагм 12 и 13 и фотоприемников 15 и 14 осуществл етс  преобразование изменений интенсивности в интерференционной картине в электрический сигнал на выходе Фотоприемников 14 и 15, который затем поступает на выходы избирательных усилителей 16 и 17 соответственно, настроенных на частоту сигнала, вырабатываемого

5 генератором 29. В случае строго поступательных колебаний зеркала 11 сигналы на выходе обоих избирательных усилителей 16 и 17 будут полностью идентичны. При наличии угловых коле- .J баний зеркала 11 амплитуды его линейных (вдоль оптической оси) перемещений в различных точкгис колеблющейс  поверхности будут различны,; Это при ) йедет к тому, что амплитуды сигналов на выходе избирательных усилите-f

лей 16 и 17 будут обращатьс  в нуль в различные моменты времени. ПРИ этом, чем больше амплитуда угловых колебаний зеркала 11, тем больше промежуток времени будет раздел ть

0 моменты равенства нулю амплитуд сигналов на выходе избирательных усилителей 16 и 17, т.е. указанный промежуток времени служит мерой амплитуды угловых колебаний зеркала 11, св 5 зываемого с исследуемым объектом 30. С выхода избирательных усилителей 16 и 17 сигналы поступают на детекторы is и 19 соответственно, которые выдел ют огибающую сигналов (фиг.

Q 2 б и в). С выхода детекторов 18 и 19 эти напр жени  подаютс  на триггеры 20 и 21 СЬлидта, которые осуществл ют формирование напр жений пр моугольной формы (фиг. 2 г и д).После дифференцировани  этих напр жений

с помощью дифференцирукицих блоков 22 и 23. на их вкоходе получают короткие импульсы, соответствующие моментам времени, в которые амплитуда сигнгша на выходе избирательных усилителей 16 и 17 становитс  равной нулю (фиг. 2 е и ж). Эти импульсы подаютс  далее нэ триггер 24 о раздельныкси входами/ который формирует измерительный импульс -(фиг. 2 з),

5 длительность которого пропорциональна с1мплитуде угловых колебаний зеркала 11. После измерени  длительноеj ти этого импульса с помощью отсчетноге блока 25 амплитуду измер емых угловых колебаний определ ют по следующей формуле ДЧ. -j--., -ёлтлитуда колебаний зеркала 11, при которой амплиту да напр жени  на выходе избирательных усилителей 16 и 17 обращаетс  в нуль -отношение максимальной амплитуды колебаний зеркала 11 к величине t; -коэффициент увеличени  оптической систелш, состо  щей из оптических телеско пических узлов 9 и 10 и 7 и 8} -рассто ние между центрами диафрагм 12 и 13 -длительность информационного импульса, измеренна  отсчетным блоком 25; -длительность пр мого хода пилообразного напр жени  на выходе генератора 27. Дл  исключени  ложных срабатываний отсчетного устройства 25 во вре1МЯ обратного хода пилообразного напр жени , подаваемого на электрический модул тор 26 от генератора 7,на триггер 24 от блока 28 формировани  импульса запрета подаетс  запирающее напр жение, которое действует только во врем  обратного хода пилообразного напр жени . Таким образом, благодар  тому, что в предлагаекюм устройстве изметэе ние угловых перемещений электроакуст ческих и ультразвуковых преобразователей осуществл етс  путем сравнени  амплитуд линейных (направленных вдол оптической оси интерференционной сис темы) колебаний, измеренных одновременно по крайней мере в двух различных точках поверхности испытуемого образца, и так как ПРИ этом устран ютс  погрешности, св занные с переюс тировкой интерференционной системы, и ослабл ютс  погрешности, обусловленные вли нием посторонних вибраций флуктуации :показател  преломлени  воздуха фазовой и амплитудной неста бильности источника излучени  и т.д. повышаетс  точность измерений угловы пёремешений. Кроме того, за счет использовани  дл  отсчета значений амплитуд колебаний различных точек поверхности испытуемого образца моментов времени, в которые амплитуда первой гармоники сигнала модулирующей частоты на выходе фотоприемных устройств обращаетс  в нуль, исключаетс  возможность вли ни  посторонних вибраций и ДРУГИХ дестабилизирующих факторов, что также обеспечивает повышение точности измерений угловых колебаний испытуемого объекта по сравнению с известным УСТРОЙСТВОМ. формула изобретени  Интерференционный измеритель перемещений , содержащий источник излучени , установленную по ходу светового. луча интерференционную систему,включающую в себ  зеркало, св зываемое с исследуемым объектом, диафрагму и. фотоприемник, схему обработки сигналов , состо щую из двух идентичных каналов, содержащих соединенные последовательно избирательный усилитель и детектор, генератора и отсчетного блока, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений угловых перемещений, он снабжен второй диафрагмой и вторым фотоприемником, соединенными последовательно триггером, блоком дюрмировани  импульсов запрета, генератором пилообразного напр жени  и элект,рическим МОДУЛЯТОРОМ, предназначенным дл  подключени  к исследуемому объек,ту , а в каждый канал схемы обработки сигналов введены соединенные последоцательно триггер Шмидта и дифференцирующий блок, вход триггера Шмидта подключен к выходу детектора, вход каждого из кангшов схемы обработки сигналов .подключен к соответствующему фотоприемнику, а выход - к триггеру, который подключен к отсчетному блоку, а вход электрического модул тора соединен с входом генератора . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент Швеции 331493, кл. Н.04 23/00, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР 382917, кл. G 01 В 9/02, 1973 (прототип).

П

ir

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Интерференционный измеритель перемещений, содержащий источник излучения, установленную по ходу светового, луча интерференционную системувключающую в себя зеркало, связываемое с исследуемым объектом, диафрагму и· фотоприемник, схему обработки сигналов , состоящую из двух идентичных каналов, содержащих соединенные последовательно избирательный усилитель и детектор, генератора и отсчетного блока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений угловых перемещений, он снабжен второй диафрагмой и вторым фотоприемником, соединенными последовательно триггером, блоком Формирования импульсов запрета, генератором пилообразного напряжения и электрическим модулятором, предназначенным для подключения к исследуемому объекту, а в каждый канал схемы обработки сигналов введены соединенные последовательно триггер Шмидта и дифференцирующий блок, вход триггера Шмидта подключен к выходу детектора, вход каждого из каналов схемы обработки сигналов подключен к соответствующему фотоприемнику, а выход - к триггеру, который подключен к отсчетному блоку, а вход электрического модулятора соединен с входом генератора.