RU175417U1 - WIDE-BAND NON-FUNCTIONAL INTERFEROMETER FOR MEASURING THE TEMPORARY DEPENDENCE OF OBJECT SPEED - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники и предназначена для измерения временной зависимости скорости поверхности быстродвижущегося объекта. Интерферометр содержит оптическое устройство ввода излучения, пьезоэлектрический микропозиционер, два зеркала со 100%-ной отражающей способностью, фазовую пластину, линию оптической задержки с нанесенным на одну из граней полупрозрачным отражающим покрытием, держатель линии задержки, имеющий П-образную форму, модуль для крепления линии оптической задержки и общие направляющие для фиксации на них держателя П-образной формы и двух зеркал. В результате введения в конструкцию модуля с фиксированной в нем линией оптической задержки, на одну из граней которой напылено полупрозрачное отражающее покрытие, время проведения измерений уменьшается, поскольку устраняется необходимость движения 100% зеркал для выполнения условия работы системы, кроме того, жесткая фиксация в держателе модуля с линией оптической задержки делает систему мобильной. Технический результат - уменьшение времени проведения измерений и одновременно обеспечение мобильности системы. 1 ил.The utility model relates to the field of instrumentation and is intended to measure the time dependence of the surface speed of a fast moving object. The interferometer contains an optical radiation input device, a piezoelectric micropositioner, two mirrors with 100% reflectivity, a phase plate, an optical delay line with a translucent reflective coating applied to one of the faces, a delay line holder having a U-shape, a module for attaching the line optical delay and general guides for fixing on them the U-shaped holder and two mirrors. As a result of introducing into the design of the module with a fixed optical delay line in it, on one of the faces of which a translucent reflective coating is sprayed, the measurement time is reduced, since the need to move 100% of the mirrors to fulfill the operating conditions of the system is eliminated, in addition, rigid fixation in the module holder with an optical delay line makes the system mobile. The technical result is a reduction in measurement time and at the same time ensuring the mobility of the system. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники и предназначена для измерения временной зависимости скорости поверхности быстродвижущегося объекта. Система может быть использована в высокоточных измерительных устройствах.The utility model relates to the field of instrumentation and is intended to measure the time dependence of the surface speed of a fast moving object. The system can be used in high-precision measuring devices.

Известен интерферометр для измерения скорости, включающий устройство для ввода излучения в интерферометр, линию задержки, два делительных и два 100% зеркала (P.М. Celliers, D.K. Bradley, G.W. Collins, and D.G. Hicks, Review of scientific instruments, Vol. 75, No. l1).A known interferometer for measuring speed includes a device for introducing radiation into the interferometer, a delay line, two dividing and two 100% mirrors (P. M. Celliers, DK Bradley, GW Collins, and DG Hicks, Review of scientific instruments, Vol. 75, No. l1).

Недостатками данного интерферометра является узкий диапазон измерения скоростей и отсутствие мобильности системы.The disadvantages of this interferometer are a narrow range of speed measurements and the lack of mobility of the system.

Наиболее близким по техническим характеристикам (прототипом) является мульти-эталонный интерферометр для измерения скоростей, содержащий оптическое устройство для ввода излучения в оптическую схему, V-образный держатель линии задержки, линию оптической задержки, зеркала со 100%-ной отражающей способностью, делительное (50%) зеркало, пьезоэлектрический микропозиционер, фазовую пластину (Lynn M.Barker, 02.01.1996, US 005481359 А).The closest in technical characteristics (prototype) is a multi-reference interferometer for measuring velocities, containing an optical device for introducing radiation into the optical circuit, a V-shaped holder of the delay line, an optical delay line, mirrors with 100% reflectivity, fission (50 %) a mirror, a piezoelectric micropositioner, a phase plate (Lynn M. Barker, 01/02/1996, US 005481359 A).

При работе устройства луч, отраженный от объекта с помощью оптического устройства ввода излучения, направляется на делительное (50%) зеркало интерферометра, на котором происходит деление излучения на два пучка, которые отражаются от соответствующих отражающих (100%) зеркал и возвращаются на светоделительное зеркало, где сбиваются. Одно из 100% зеркал закреплено на пьезоэлектрическом микропозиционере. Путь одного из лучей проходит по воздуху, а на пути другого расположена линия задержки из материала с отличным от воздуха показателем преломления, размещенная на держателе с вырезом V-образной формы. Фазовая пластина расположена перед одним из 100% зеркал.When the device is operating, the beam reflected from the object using an optical radiation input device is directed to a dividing (50%) mirror of the interferometer, where the radiation is divided into two beams, which are reflected from the corresponding reflecting (100%) mirrors and returned to the beam splitting mirror, where they go astray. One of the 100% mirrors is mounted on a piezoelectric micropositioner. The path of one of the rays passes through the air, and on the path of the other there is a delay line made of a material with a refractive index different from air, placed on a holder with a V-shaped cutout. The phase plate is located in front of one of the 100% mirrors.

Для изменения диапазона измерений прибора необходимо осуществлять смену линий задержки. При этом на держатель устанавливается необходимая линия задержки. Однако из-за того, что эффективность измерения скорости зависит от величины интерференционного контраста, а достижение максимального интерференционного контраста возможно в результате настройки интерферометра в режим бесконечно широкой полосы, после установки линии задержки приводятся в движение 50% и/или 100% зеркала. В результате юстировки зеркал осуществляется совмещение лучей на светоделительном зеркале по углу и пространственно, что позволяет работать в режиме бесконечно широкой полосы.To change the measuring range of the device, it is necessary to change the delay lines. At the same time, the necessary delay line is installed on the holder. However, due to the fact that the speed measurement efficiency depends on the magnitude of the interference contrast, and the achievement of the maximum interference contrast is possible as a result of setting the interferometer to an infinitely wide band, after setting the delay line, 50% and / or 100% of the mirror is set in motion. As a result of the alignment of the mirrors, the rays are combined on the beam-splitting mirror in angle and space, which allows you to work in the regime of an infinitely wide band.

Таким образом, смена линии задержки в данной системе является длительным и многоэтапным процессом.Thus, changing the delay line in this system is a lengthy and multi-stage process.

Кроме того, линия задержки размещается на держателе с вырезом V-образной формы без фиксации, что не позволяет транспортировать прибор с установленными линиями задержки. А проведение смены после транспортировки осложняется необходимостью проведения длительной юстировки для достижения режима бесконечно широкой полосы.In addition, the delay line is placed on the holder with a V-shaped cutout without fixing, which does not allow the device to be transported with established delay lines. A shift after transportation is complicated by the need for a lengthy adjustment to achieve the regime of an infinitely wide band.

Таким образом система имеет достаточно низкую мобильность.Thus, the system has a fairly low mobility.

В результате недостатками данного прототипа являются длительное время проведения измерений из-за процедуры смены линии задержки, и отсутствие мобильности системы из-за невозможности фиксировать линию задержки в держателе.As a result, the disadvantages of this prototype are the long measurement time due to the procedure for changing the delay line, and the lack of mobility of the system due to the inability to fix the delay line in the holder.

Технический результат состоит в уменьшении времени проведения измерений, и одновременно в обеспечении мобильности системы.The technical result consists in reducing the time of measurement, and at the same time in ensuring the mobility of the system.

Для реализации указанного технического результата предложен широкодиапазонный неравноплечный интерферометр для измерения временной зависимости скорости объекта, включающий оптическое устройство ввода излучения, пьезоэлектрический микропозиционер, два зеркала со 100% отражающей способностью, фазовую пластину, линию оптической задержки с держателем, при этом на одну из граней линии задержки нанесенно полупрозрачное отражающее покрытие, а держатель линии задержки, имеющий П-образную форму, кроме того содержащий модуль для крепления линии оптической задержки и общие направляющие для фиксации на них держателя П-образной формы и двух зеркал.To implement this technical result, a wide-range non-shoulder interferometer is proposed for measuring the time dependence of the object’s speed, including an optical radiation input device, a piezoelectric micropositioner, two mirrors with 100% reflectivity, a phase plate, an optical delay line with a holder, and one of the faces of the delay line a translucent reflective coating is applied, and a delay line holder having a U-shape, in addition containing a module for attaching optical delay and general guides for fixing on them the U-shaped holder and two mirrors.

Линия оптической задержки установлена в модуле так, чтобы выполнялось условие:The optical delay line is installed in the module so that the condition:

где L - разность геометрических путей света в двух плечах интерферометра, l - длина линии задержки, n - показатель преломления материала линии задержки. Выполнение условия (1) обеспечивает работу интерферометра в режиме бесконечно широкой полосы, что приводит к достижению максимального интерференционного контраста и как следствие высокой эффективности при детектировании скорости объекта.where L is the difference of the geometric paths of light in the two arms of the interferometer, l is the length of the delay line, n is the refractive index of the material of the delay line. The fulfillment of condition (1) ensures the operation of the interferometer in the regime of an infinitely wide band, which leads to the achievement of maximum interference contrast and, as a consequence, high efficiency in detecting the speed of an object.

Предложенное устройство позволяет уменьшить время проведения измерений, в результате введения в конструкцию модуля с фиксированной в нем линией задержки, на одну из граней которой напылено полупрозрачное отражающее покрытие, что устраняет необходимость движения 100% зеркал для выполнения условия (1), и позволяет транспортировать измерительную систему с установленной линией задержки, в результате ее жесткой фиксации в держателе П-образной формы.The proposed device allows to reduce the measurement time as a result of introducing into the design of the module with a fixed delay line in it, on one of the faces of which a translucent reflective coating is sprayed, which eliminates the need to move 100% of the mirrors to fulfill condition (1), and allows the measurement system to be transported with the delay line set, as a result of its rigid fixation in the U-shaped holder.

Пример конкретной реализации устройства представлен на фиг. 1. Устройство включает в себя оптическое устройство ввода излучения, в качестве которого в данном случае используется коллиматор, 1, пьезоэлектрический микропозиционер 2, зеркала 3, 4 со 100%-ной отражающей способностью, фазовую пластинку 5, линию оптической задержки 6 с нанесенным на одну из ее граней 50% отражающим покрытием, сменный модуль 7 для крепления линии оптической задержки, держатель П-образной формы 8 для фиксации сменного модуля 7, общие направляющие 9 для фиксации держателя П-образной формы 7 и 100% зеркал 3 и 4.An example of a specific implementation of the device is shown in FIG. 1. The device includes an optical radiation input device, which in this case uses a collimator, 1, a piezoelectric micropositioner 2, mirrors 3, 4 with 100% reflectivity, a phase plate 5, an optical delay line 6 applied to one of its faces, 50% reflective coating, interchangeable module 7 for attaching the optical delay line, U-shaped holder 8 for fixing the interchangeable module 7, common guides 9 for fixing the U-shaped holder 7 and 100% of mirrors 3 and 4.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Излучение, отраженное от исследуемого объекта вводится в систему с помощью коллиматора 1 и направляется на зеркало 4, проходя через линию задержки 6, закрепленную в модуле 7 так, что бы выполнялось условие (1). Попадая на 50% отражающее покрытие на грани линии задержки 6, луч делится на два. Один из полученных лучей попадает на зеркало 4, другой на зеркало 3. Луч, направленный на зеркало 4 дважды проходит фазовую пластинку 5. Зеркала 3 и 4 направляют лучи на 50% покрытие грани линии задержки 6, где они совмещаются. Пьезоэлектрический микропозиционер 2, на котором закрепляется зеркало 4, позволяет поворачивать зеркало по двум углам, для дистанционной корректировки положения зеркала.The radiation reflected from the object under study is introduced into the system using a collimator 1 and sent to mirror 4, passing through a delay line 6, fixed in module 7 so that condition (1) is satisfied. Hitting a 50% reflective coating on the verge of delay line 6, the beam is divided into two. One of the received rays hits mirror 4, and the other hits mirror 3. A beam directed to mirror 4 passes phase plate 5 twice. Mirrors 3 and 4 direct the rays to 50% coverage of the edge of delay line 6, where they are aligned. The piezoelectric micropositioner 2, on which the mirror 4 is fixed, allows you to rotate the mirror at two angles, for remote adjustment of the position of the mirror.

При необходимости смены линии задержки модуль с линией задержки 7 вставляется в держатель П-образной формы 8, который закреплен на общих направляющих 9 вместе с зеркалами 3 и 4. Поскольку 50% отражающее покрытие напылено на одну из граней линии задержки, а сама линия задержки закреплена в модуле таким образом, что бы выполнялись условия (1), то смещения 100% зеркал 3 и 4 не требуется.If it is necessary to change the delay line, the module with the delay line 7 is inserted into the U-shaped holder 8, which is mounted on common guides 9 together with mirrors 3 and 4. Since 50% of the reflective coating is sprayed onto one of the faces of the delay line, and the delay line itself is fixed in the module so that conditions (1) are satisfied, then 100% offsets of mirrors 3 and 4 are not required.

Фиксация модуля 8 с закрепленной линией задержки в держателе П-образной формы позволяет осуществлять транспортировку системы, т.е. обеспечивает мобильность.Fixing module 8 with a fixed delay line in the U-shaped holder allows the transportation of the system, i.e. provides mobility.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет уменьшить время проведения измерений, и одновременно обеспечить мобильность системы.Thus, the proposed utility model allows to reduce the measurement time, and at the same time ensure the mobility of the system.

Claims (1)

Широкодиапазонный неравноплечный интерферометр для измерения временной зависимости скорости объекта, включающий оптическое устройство ввода излучения, пьезоэлектрический микропозиционер, два зеркала со 100%-ной отражающей способностью, фазовую пластину, линию оптической задержки с держателем, отличающийся тем, что на одну из граней линии оптической задержки нанесено полупрозрачное отражающее покрытие, а держатель имеет П-образную форму, дополнительно введены модуль для крепления линии оптической задержки и общие направляющие для фиксации на них держателя П-образной формы и двух зеркал, при этом линия оптической задержки установлена в модуле так, чтобы выполнялось условие: L=l(1-1/n), где L - разность геометрических путей света в двух плечах интерферометра, l - длина линии задержки, n - показатель преломления материала линии задержки.A wide-range non-shoulder interferometer for measuring the time dependence of the object’s speed, including an optical radiation input device, a piezoelectric micropositioner, two mirrors with 100% reflectivity, a phase plate, an optical delay line with a holder, characterized in that one of the faces of the optical delay line is applied a translucent reflective coating, and the holder has a U-shaped shape, an additional module for attaching the optical delay line and general guides for fi positioning on them a U-shaped holder and two mirrors, while the optical delay line is installed in the module so that the condition is satisfied: L = l (1-1 / n), where L is the difference of the geometric paths of light in the two arms of the interferometer, l is the length of the delay line, n is the refractive index of the material of the delay line.

Images