SU934212A1 - Interferometer for measuring displacements - Google Patents
Interferometer for measuring displacements Download PDFInfo
- Publication number
- SU934212A1 SU934212A1 SU802966227A SU2966227A SU934212A1 SU 934212 A1 SU934212 A1 SU 934212A1 SU 802966227 A SU802966227 A SU 802966227A SU 2966227 A SU2966227 A SU 2966227A SU 934212 A1 SU934212 A1 SU 934212A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- interferometer
- reflector
- angle
- roof
- beam splitter
- Prior art date
Links
Landscapes
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к фотоэлектрическим устройствам для измерения линейных и угловых величин, преимущественно к системам прецизионного отсчета перемещающихся объектов. ! The invention relates to measuring equipment, namely to photovoltaic devices for measuring linear and angular quantities, mainly to systems of precision reading of moving objects. !
Известен интерферометр для измерения линейных перемещений, содержащий источник монохроматического излучения - гелий-неоновый лазер, щель, разделительный блок, относительное зеркало, подвижный блок сферических зеркал, неподвижные уголковое и плоскоё зеркала. Повышение чувствительности осуществляется путем многократного прохождения света между подвии<ным блоком сферических зеркал и неподвижными зеркалами [_1 ].Known interferometer for measuring linear displacements, containing a monochromatic radiation source - helium-neon laser, slit, separation block, relative mirror, moving block of spherical mirrors, fixed angular and plane mirrors. The increase in sensitivity is carried out by repeatedly passing light between the slider unit of spherical mirrors and fixed mirrors [_1].
Недостатком такого интерферометра является невысокая точность измере- 3 ния, громоздкость конструкции и значительные потери света.The disadvantage of such an interferometer is the low accuracy of measurements, 3 the bulkiness of the structure, and significant loss of light.
Точность измерения снижается нестабильностью интерференционной карти2 ны вследствие чувствительности к разъюстировке плоских зеркал и самого блока сферических зеркал при незначительных вибрациях и атмосферных изменениях, а также нестабильностью работы лазера из-за возврата пучка света в лазер. Громоздкость конструкции заключается в изготовлении блока сферических зеркал и значительной номенклатуре оптических деталей. Потери света на оптических поверхностях деталей и частичный возврат пучка в лазер составляют также более 5θ%.The measurement accuracy is reduced by the instability of the interference pattern2 due to the sensitivity to misalignment of flat mirrors and the block of spherical mirrors under slight vibrations and atmospheric changes, as well as the instability of the laser due to the return of the light beam into the laser. The bulkiness of the design lies in the manufacture of a block of spherical mirrors and a significant range of optical parts. Light losses on the optical surfaces of parts and the partial return of the beam to the laser also account for more than 5θ%.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является интерферометр для измерения перемещений, содержащий последовательно расположенные источник монохроматического излучения, телескопическую систему, све·· тоделитель, отражатель, связываемый с контролируемым объектом, диафрагму, два неподвижных автоколлимационных зеркала и фотоприемник. Светоделитель выполнен в виде плоскопарал лельной пластины с полупрозрачным отражающим покрытием, а отражатель 8 виде триппель-призмы Р].The closest in technical essence to the invention is an interferometer for measuring displacements, containing a sequentially located source of monochromatic radiation, a telescopic system, a beam splitter, a reflector associated with the controlled object, a diaphragm, two fixed autocollimation mirrors and a photodetector. The beam splitter is made in the form of a plane-parallel plate with a translucent reflective coating, and the reflector 8 is a triple prism P].
Недостатком интерферометра является недостаточно высокая точность измерения, так как стабильность интерференционной картины снижается вследствие чувствительности к разъюстировке автоколлимационных зеркал и светоделительной пластины, а также нестабильности работы источника монохроматического измерения - лазера. Известно, что ширина.интерференционных полос t зависит от длины волны λ и угла сходимости Θ интерферирующих пучков таким образомThe disadvantage of the interferometer is the insufficiently high accuracy of the measurement, since the stability of the interference pattern is reduced due to the sensitivity to misalignment of the self-collimation mirrors and the beam splitter plate, as well as the instability of the source of the monochromatic measurement - the laser. It is known that the width of the interference fringes t depends on the wavelength λ and the convergence angle Θ of the interfering beams in this way
Чувствительность к разъюстировке влечет к изменению угла сходимости интерферирующих пучков Θ, а нестабильность работы лазера проявляется в изменении длины волны излучения и длины когерентности из-за возврата пучка в него. Кроме этого, стабильность интерференционной картины снижается вследствие термической неустойчивости интерферометра, т.е. из-за неидентичного прохождения пучков в плечах интерферометра.The sensitivity to misalignment leads to a change in the angle of convergence of the interfering beams Θ, and the instability of the laser is manifested in a change in the radiation wavelength and the coherence length due to the return of the beam into it. In addition, the stability of the interference pattern is reduced due to thermal instability of the interferometer, i.e. due to the non-identical passage of the beams in the shoulders of the interferometer.
Неидентичность плеч также ухудшает и контрастность интерференционной картины. Потери света составляют более пятидесяти процентов, что в итоге ухудшает контрастность интерференционных полос и надежность работы устройства при больших перемещениях отражателя.The non-identity of the shoulders also worsens the contrast of the interference pattern. Loss of light is more than fifty percent, which ultimately degrades the contrast of interference fringes and the reliability of the device with large movements of the reflector.
Цель изобретения - повышение точности измерения путем стабилизации интерференционной картины интерферометра .The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy by stabilizing the interference pattern of the interferometer.
Поставленная цель достигается тем, что в интерферометр^ для измерения перемещений, содержащем последовательно расположенные источник монохроматического излучения, телескопическую систему, светоделитель, отражатель, связываемый с контролируемым объектом, диафрагму и фотоприемник, светоделитель выполнен в виде прямоугольной усеченной призмы 'с углом при вершине , . S 1 ΠΊ ос. =arc> s ι » где ί - угол между нормалью к светоделительной поверхности и направлением перемещения;This goal is achieved by the fact that in the interferometer ^ for measuring displacements containing a sequentially located source of monochromatic radiation, a telescopic system, a beam splitter, a reflector associated with the controlled object, a diaphragm and a photodetector, the beam splitter is made in the form of a rectangular truncated prism with an angle at the apex,. S 1 ΠΊ Os = arc> s ι "where ί is the angle between the normal to the beam splitting surface and the direction of movement;
η - показатель преломления приз-, мы, а гипотенузная грань призмы выполнена в виде крыши с углом 90°, входная 5 катетная грань имеет частичное полупрозрачное покрытие на половине поверхности, а отражатель представляет собой двухгранное зеркало с углом 90°.η is the refractive index of the prism, we, and the hypotenuse face of the prism is made in the form of a roof with an angle of 90 °, the input 5 cathet face has a partially translucent coating on half the surface, and the reflector is a dihedral mirror with an angle of 90 °.
На фиг.1 изображена принципиальная схема интерферометра для измерения перемещений; на фиг.2 - вид А на фиг.1.Figure 1 shows a schematic diagram of an interferometer for measuring displacements; figure 2 - a view of figure 1.
Интерферометр содержит последо15 вательно расположенные источник 1 монохроматического излучения, например гелий- неоновый лазер, телескопическую систему 2, светоделитель 3, связываемый с контролируемым объектом (на чертеже не показан), отражатель 4,диафрагму 5 и фотоприемник 6.The interferometer contains sequentially located monochromatic radiation source 1, for example, a helium – neon laser, a telescopic system 2, a beam splitter 3 connected to a controlled object (not shown in the drawing), a reflector 4, an aperture 5, and a photodetector 6.
Светоделитель 3 выполнен в виде прямоугольной усеченной призмы с по25 лупрозрачным отражающим покрытием (на фиг.1 обозначено пунктиром) на половине поверхности входной катетной грани, а гипотенузная грань призмы выполнена в виде крыши с угзо лом 90е. Входная катетная грань призмы расположена под углом 45°к направлению перемещения объекта, что дает угол призмы при вершине οί =28 при показателе преломления стекла 35 п=1’5.The beam splitter 3 is formed as a rectangular prism with truncated po25 luprozrachnym reflective coating (indicated by dashed lines in Figure 1) at half the surface of the inlet leg sides, and the hypotenuse side of the prism is designed as a roof with ugzo scrap 90 e. The input leg of the prism is located at an angle of 45 ° to the direction of movement of the object, which gives the angle of the prism at the vertex οί = 28 with a glass refractive index of 35 n = 1 '5.
В качестве отражателя 4 используется двухгранное зеркало с углом 90°, которое жестко связано с перемещающимся объектом. Ребра двухгранного зеркала и крыши расположены взаимно перпендикулярно. Гипотенузная грань или ребро крыши (фиг.1) образует угол о£-с катётной светоделительной поверхностью.As a reflector 4, a dihedral mirror with an angle of 90 ° is used, which is rigidly connected with a moving object. The edges of the dihedral mirror and the roof are mutually perpendicular. The hypotenous face or edge of the roof (Fig. 1) forms an angle o-with a catheter beam splitting surface.
Угол i показан на чертеже между 45 нормалью к светоделительной поверхности и направлением хода рабочего пучка или то же самое между направлением перемещения отражателя 4. Направление измеряемого перемещения 50 на фиг.1 указано двойной стрелкой около отражателя 4.The angle i is shown in the drawing between 45 normal to the beam splitting surface and the direction of travel of the working beam or the same between the direction of movement of the reflector 4. The direction of the measured movement 50 in figure 1 is indicated by a double arrow near the reflector 4.
Входная катетная грань, она же выходная, обозначена на фиг.2 соответственно индексами 7 и 8.The input side, it is the output side, is indicated in figure 2, respectively, by indices 7 and 8.
55 Сплошной линией со стрелками (фиг.1) показан ход лучей эталонного и рабочего пучков от покрытия до крыши светоделителя 3. 55 A solid line with arrows (figure 1) shows the path of the rays of the reference and working beams from the coating to the roof of the beam splitter 3.
Пунктиром со стрелкой показан ход лучей эталонного и рабочего пучков после отражения их от крыши.The dotted line with an arrow shows the path of the rays of the reference and working beams after reflecting them from the roof.
Интерферометр работает следующим образом.The interferometer operates as follows.
Пучок света от источника 1 монохроматического излучения расширяется телескопической системой 2 и падает на светоделитель 3.A beam of light from a source 1 of monochromatic radiation is expanded by a telescopic system 2 and falls on a beam splitter 3.
На входе светоделителя 3, на его полупрозрачной поверхности, пучок делится по амплитуде на рабочий отраженный и эталонный - проходящий внутрь стекла. Рабочий пучок па,дает на отражатель 4 и возвращается параллельно самому себе вновь на катетную грань светоделителя 3, на участок, где нет полупрозрачного покрытия. На катетной грани рабочий пучок преломляется, отражается на гранях крыши, смещается и вторично направляется на отражатель 4, где, отразившись от него, возвращается вновь на светоделитель 3, на участок с полупрозрачным покрытием.At the entrance of the beam splitter 3, on its translucent surface, the beam is divided in amplitude into a working reflected and a reference one - passing into the glass. The working beam pas, gives to the reflector 4 and returns in parallel to itself again to the leg of the beam splitter 3, to the area where there is no translucent coating. On the side of the cathete, the working beam is refracted, reflected on the edges of the roof, shifted and re-directed to the reflector 4, where, reflected from it, it returns again to the beam splitter 3, to the area with a translucent coating.
Эталонный пучок также отражается на гранях крыши и вновь возвращается на светоделительную поверхность, где смешивается с рабочим пучком. Обе части делятся еще раз, интерферируют и направляются частично на фотоприемник 6 через диафрагму 5. Второй интерференционный поток повторяет путь первоначального луча и усиливает яркость первой интерференционной картины и т.д. Таким образом, возврат пучка к источнику 1 монохроматического излучения отсутствует, в основном весь поток падает на фотоприемник 6.The reference beam is also reflected on the edges of the roof and returns to the beam splitting surface, where it mixes with the working beam. Both parts are divided again, interfere and partially directed to the photodetector 6 through the diaphragm 5. The second interference stream follows the path of the original beam and enhances the brightness of the first interference pattern, etc. Thus, there is no return of the beam to the source 1 of monochromatic radiation, basically the whole stream falls on the photodetector 6.
Наложение интерферирующих пучков достигается поперечным смещением светоделителя 3 относительно отражателя 4, а требуемый угол между ними создается благодаря тому, что углы между отражающими гранями сделаны отличными от 90°.The superposition of the interfering beams is achieved by the transverse displacement of the beam splitter 3 relative to the reflector 4, and the required angle between them is created due to the fact that the angles between the reflecting faces are made different from 90 °.
При перемещении объекта совместно с отражателем 4 изменяется разность хода интерферирующих пучков и на выходе, интерферометра перед фотоприемником 6 проходят интерференционные полосы. Так как рабочий пучок дважды отражается от отражателя 4, то чувствительность интерферометра к перемещениям повышается вдвое. Например, при перемещении отражателя на Х/2 разность хода меж6 ду эталонным и рабочим пучком составит 2Л. Фотоприемник 6 выдает элект-. рические сигналы, близкие к синусоидальным, что позволяет осуществлять, 5 счет интерференционных полос. Число полос N связано с измеряемой длиной L соотношение где А - длина волны в воздухе.When moving the object together with the reflector 4, the difference in the course of the interfering beams changes and at the output of the interferometer, interference strips pass in front of the photodetector 6. Since the working beam is reflected twice from reflector 4, the sensitivity of the interferometer to displacements is doubled. For example, when the reflector is moved to X / 2, the path difference between the reference and the working beam will be 2L. The photodetector 6 issues an electronic. The signals are close to sinusoidal, which allows 5 counting of interference fringes. The number of bands N is related to the measured length L, where A is the wavelength in air.
Иногда необходимо осуществлять ре<0 версивный счет полос, тогда достаточно в поле интерференционной картины поставить рядом два фотоприемника с входными диафрагмами, сдвинутыми в четверть полосы.Sometimes it is necessary to perform a re-counting of the bands, then it is enough to put two photodetectors in the field of the interference pattern with the input diaphragms shifted to a quarter of the band.
Предлагаемое устройство позволяет повысить точность путем стабилизации интерференционной картины. В предлагаемом интерферометре устранены причины, вызывающие изменение ширины и ориентации полос, а именно: чувствительные к разъюстировке оптические элементы выполнены нечувствительными, улучшена стабильность работы лазера и повышена термическая ус25 тойчивость.The proposed device can improve accuracy by stabilizing the interference pattern. The proposed interferometer eliminated the causes of changes in the width and orientation of the bands, namely, the optical elements sensitive to misalignment were made insensitive, the laser operation stability was improved, and thermal stability was increased.
В устройстве светоделитель выполняет роль расщепителя, светосоединителя и двух автоколлимационных эер-* кад. Роль двух автоколлимационных 30 зеркал выполняет крыша светоделителя, а катетная грань с частичным полупрозрачным покрытием - расщепителя и светосоединитёля. Взаимно перпендикулярное расположение ребер под35 вижного двухгранного зеркала и крыши светоделителя позволяет стабилизировать рабочий пучок в двух координатах.In the device, the beam splitter performs the role of a splitter, a light coupler, and two self-collimating eh- * frames. The role of two autocollimation 30 mirrors is played by the roof of the beam splitter, and the cathet face with a partially translucent coating is played by a splitter and a light coupler. The mutually perpendicular arrangement of the ribs under the 35 movable dihedral mirrors and the beam splitter roof allows stabilization of the working beam in two coordinates.
Так как эталонный и измеритель40 ный пучки отражаются на общих гранях крыши, то небольшие наклоны и поперечные смещения светоделителя и отражателя не изменяют угол сходимости двух интерферирующих пуч45 ков и не нарушается соответствие взаимодействующих лучей. Таким образом, интерферометр, сохраняя повышенную чувствительность, не чувствителен к разъюстировке. Кроме этого, отражаясь на гранях крыши, 50 пучок· смещается и не возвращается обратно в лазер, что является положительным для стабильной его работы. Повысилась термическая устойчивость устройства, так как путь в стекле интерферирующих пучков почти одинаков.Since the reference and izmeritel40 ny beams reflected on the faces of the common roof, the small inclinations and lateral displacement of the beam splitter and the reflector does not change the angle of convergence of two interfering puch4 5 Cove not disturbed matching interacting beams. Thus, the interferometer, while maintaining increased sensitivity, is not sensitive to misalignment. In addition, reflecting on the edges of the roof, 50 beam · is displaced and does not return back to the laser, which is positive for its stable operation. The thermal stability of the device has increased, since the path in the glass of the interfering beams is almost the same.
Предлагаемое выполнение светоделителя и отражателя уменьшает количест7 ёо оптических поверхностей и самих • деталей, что значительно упрощает устройство в целом и технологию его изготовления.The proposed implementation of the beam splitter and reflector reduces the number of optical surfaces and the details themselves, which greatly simplifies the device as a whole and its manufacturing technology.
Благодаря тому, что количество оптических поверхностей уменьшилось, . а частичный возврат пучка в источник монохроматического излучения исключен, увеличился световой поток и контрастность интерференционной картины на фотоприемнике. Контрастность интерференционных полос повышается благодаря почти идентичному прохождению интерферирующих пучков в стекле, причем без нанесения зеркального покрытия на отражающие грани светоделителя. Положительным эффектом интерферометра является также простота его юстировки.Due to the fact that the number of optical surfaces has decreased,. and the partial return of the beam to the source of monochromatic radiation is excluded, the luminous flux and the contrast of the interference pattern at the photodetector have increased. The contrast of the interference fringes increases due to the almost identical passage of the interfering beams in the glass, and without applying a mirror coating on the reflecting edges of the beam splitter. A positive effect of the interferometer is also the ease of its adjustment.
Таким образом, повышение точности измерения при одновременном упрощении позволило уменьшить номенклатуру применяемых оптических деталей и упростить технологию изготовления интерферометра в целом.Thus, increasing the measurement accuracy while simplifying it allowed us to reduce the range of optical components used and to simplify the manufacturing technology of the interferometer as a whole.
934212 8 тического излучения, телескопическую систему, светоделитель, отражатель, связываемый с контролируемым объектом, диафрагму и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения светоделитель выполнен в виде моугольной усеченной призмы с при934212 8 optical beam, telescopic system, a beam splitter, a reflector associated with the controlled object, a diaphragm and a photodetector, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, the beam splitter is made in the form of a angular truncated prism with
1$ где пряуглом вершине • 5<*hi οί - аг с с, in , свето-1 $ where the rectangle top • 5 <* hi οί - ag s, in, light
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU802966227A SU934212A1 (en) | 1980-07-21 | 1980-07-21 | Interferometer for measuring displacements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU802966227A SU934212A1 (en) | 1980-07-21 | 1980-07-21 | Interferometer for measuring displacements |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU934212A1 true SU934212A1 (en) | 1982-06-07 |
Family
ID=20911903
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU802966227A SU934212A1 (en) | 1980-07-21 | 1980-07-21 | Interferometer for measuring displacements |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU934212A1 (en) |
-
1980
- 1980-07-21 SU SU802966227A patent/SU934212A1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5305088A (en) | Laser interferometric measuring machine | |
JP2755757B2 (en) | Measuring method of displacement and angle | |
US3680963A (en) | Apparatus for measuring changes in the optical refractive index of fluids | |
JPH07101166B2 (en) | Interferometer | |
CN106019259B (en) | Laser frequency discrimination device and frequency discrimination method based on Mach-Zehnder interferometer | |
US5585922A (en) | Dual interferometer apparatus compensating for environmental turbulence or fluctuation and for quantization error | |
US4334778A (en) | Dual surface interferometer | |
US6954273B2 (en) | Laser-based measuring apparatus for measuring an axial run-out in a cylinder of rotation and method for measuring the same utilizing opposing incident measuring light beams | |
US5379115A (en) | Differential interferometer | |
JP5786270B2 (en) | Two-color interference measuring device | |
SU934212A1 (en) | Interferometer for measuring displacements | |
SU1168800A1 (en) | Two-step interferometer | |
CA1210608A (en) | Interferometer spectrophotometer | |
SU1132147A1 (en) | Laser displacement interferometer | |
JPH0463305A (en) | Polarizing beam splitter and laser interference measuring meter | |
JPH11108614A (en) | Light-wave interference measuring instrument | |
US5270793A (en) | Symmetrical carrier frequency interferometer | |
JPH09318311A (en) | Interferometer system | |
SU1008615A1 (en) | Device for measuring object displacement | |
SU1582039A1 (en) | Device for determining position of focal plane of lens | |
SU1425435A1 (en) | Interferometer for measuring linear displacements of object | |
SU983450A1 (en) | Itnerferometer for measuring object displacement | |
SU1425434A1 (en) | Interfercmeter for measuring linear displacements of object | |
RU2047085C1 (en) | Interferometer for measurement of translations of two-coordinate table | |
SU1730531A1 (en) | Two-axis displacement meter |