RU2498214C1 - Устройство измерения анизотропии пространства скоростей электромагнитного излучения - Google Patents

Устройство измерения анизотропии пространства скоростей электромагнитного излучения Download PDF

Info

Publication number
RU2498214C1
RU2498214C1 RU2012110844/28A RU2012110844A RU2498214C1 RU 2498214 C1 RU2498214 C1 RU 2498214C1 RU 2012110844/28 A RU2012110844/28 A RU 2012110844/28A RU 2012110844 A RU2012110844 A RU 2012110844A RU 2498214 C1 RU2498214 C1 RU 2498214C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
disk
optical
interferometer
anisotropy
electromagnetic radiation
Prior art date
Application number
RU2012110844/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012110844A (ru
Inventor
Владимир Олегович Гладышев
Павел Сергеевич Тиунов
Андрей Дмитриевич Леонтьев
Евгений Анатольевич Шарандин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority to RU2012110844/28A priority Critical patent/RU2498214C1/ru
Publication of RU2012110844A publication Critical patent/RU2012110844A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2498214C1 publication Critical patent/RU2498214C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относится к устройству для ориентации объектов в пространстве на основе измерения анизотропии пространства скоростей электромагнитного излучения в движущейся среде. Устройство представляет собой оптический интерферометр, выполненный по кольцевой схеме, и включает лазер, оптическую систему, светоделители, зеркала, фотодетектор, а также вращающийся оптический диск, выполненный в виде клина, работающего на просвет. На плоских поверхностях диска выполнены отражающие покрытия в виде кольцевых участков, причем внешний радиус отражающих колец меньше внешнего радиуса диска на величину диаметра светового луча для обеспечения ввода и вывода луча из диска. Фотодетектор выполнен в виде набора фотоэлементов, расположенных в плоскости локализации интерференционной картины вдоль прямой линии параллельно интерференционной полосе. Изобретение обеспечивает помехозащищенность устройства. 2 ил.

Description

Область техники
Изобретение относится к устройствам для ориентации объектов в пространстве на основе измерения анизотропии пространства скоростей электромагнитного излучения в движущейся среде.
Уровень техники
Известны устройства для регистрации и измерения анизотропии пространства. Эти устройства имеют оптическую схему интерферометра, в котором суммируется амплитуда электромагнитных волн, прошедших оптический путь в разных направлениях. Суть этих методов заключается в том, что если анизотропия пространства распространения электромагнитного излучения по-разному влияет на лучи в разных направлениях, то это должно проявляться при повороте интерферометра относительно оси анизотропии.
Известно устройство для измерения анизотропии [1], представляющее собой интерферометр, который размещается на поворотном основании. В нем использованы два лазера, причем излучение одного из них распространяется по трем пространственным координатам. При повороте интерферометра анизотропия пространства приводит к влиянию на распространение излучения вдоль избранного направления. Поэтому наблюдается вариация оптического сигнала, пропорциональная углу наклона оси чувствительности установки к выделенному направлению, которая регистрируется детектором. Такое устройство имеет недостаточные чувствительность и помехозащищенность.
Известно устройство для измерения анизотропии [2], представляющее собой интерферометр, содержащий два мазерных источника когерентного электромагнитного излучения. Выходной сигнал с интерферометра образуется суперпозицией амплитуд электромагнитных волн и зависит от биения частот двух мазеров, расположенных перпендикулярно друг к другу. Интерферометр располагается на поворотном основании. При повороте интерферометра в горизонтальной плоскости при изменении ориентации плеч интерферометра по отношению к направлению анизотропии пространства будут наблюдаться вариации сигнала - периодические биения частот. Данное устройство также имеет недостаточные чувствительность и помехозащищенность.
Известно устройство для измерения анизотропии [3], представляющее собой оптический интерферометр, который располагается на поворотном основании и состоит из когерентного источника излучения, оптической системы, светоделителей, зеркал и фоторегистратора. Луч когерентного светового источника излучения делится на светоделителе на два луча, которые распространяются в перпендикулярных направлениях, отражаются от концевых зеркал и создают интерференционную картину в плоскости ее локализации, т.е. на экране. Изменение ориентации интерферометра в анизотропном пространстве приводит к смещению интерференционных полос, что может быть зарегистрировано фоторегистрирующим детектором. Данное устройство также имеет низкие чувствительность и помехозащищенность.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для измерения анизотропии [4], которое представляет собой оптический интерферометр, расположенный на поворотном основании и помещенный в термостабилизированный кожух. Устройство состоит из лазера, оптической системы, светоделителей, зеркал, фотодетекторов, причем интерферометр выполнен по кольцевой схеме, а в плечо интерферометра введен вращающийся оптический диск. Изменение ориентации интерферометра в пространстве приводит к смещению интерференционных полос, что может быть зарегистрировано фоторегистрирующим детектором.
В интерферометре луч от лазера делится светоделителем на два луча, которые распространяются через вращающийся оптический диск (ОД) в противоположных направлениях. Каждый из лучей преломляется на первой плоской поверхности ОД, отражается на второй поверхности, затем преломляется на первой и выходит из диска. Вследствие вращения ОД, один из лучей получает положительный сдвиг фазы, другой -отрицательный. После того как лучи снова встретятся, они регистрируются фотодетектором.
Чувствительность устройства к изменению ориентации в анизотропном пространстве линейно зависит от частоты вращения диска, поэтому частота вращения должна быть достаточно высокой. Также чувствительность зависит от длины оптического пути в материале диска, что накладывает определенные требования к минимальным размерам диска и его показателю преломления.
В случае существования пространственно-временной оптической анизотропии должны наблюдаться вариации в положении интерференционной картины при повороте интерферометра в пространстве, что регистрируется фотодетектором.
Данное устройство имеет недостаточную помехозащищенность, т.к. интерферометр чувствителен к отклонению оси симметрии ОД от оси вращения ОД. Также для достижения высокой чувствительности устройства необходимо увеличивать размеры ОД, что приводит к снижению помехозащищенности.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является повышение помехозащищенности устройства.
Задача решается за счет того, что ОД выполнен в виде клина, работающего на просвет, а не на отражение, что устраняет влияние отклонения оси симметрии ОД от оси вращения ОД, на плоских поверхностях ОД выполнены отражающие покрытия в виде кольцевых участков, причем внешний радиус отражающих колец меньше внешнего радиуса ОД на величину диаметра светового луча, для того чтобы можно было обеспечить ввод и вывод луча из диска. Диск изготовлен в виде клина определенной угловой величины (в диапазоне 0,5…1,5 угловой секунды для того, чтобы перейти от амплитудных измерений положения интерференционной картины к временным, что приведет к повышению помехозащищенности метода. Устройство снабжено набором фотодетекторов, расположенных в плоскости локализации интерференционной картины таким образом, чтобы увеличить отношение сигнал/шум (фотоэлементы расположены вдоль прямой линии параллельно интерференционной полосе).
Краткое описание чертежей
На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства измерения анизотропии пространства скоростей электромагнитного излучения.
На фиг.2 изображены оптический диск и схема прохождения луча
Осуществление изобретения
Работает устройство следующим образом (фиг.1).
Луч от стабилизированного лазера 1 проходит оптическую систему 2, делится светоделительной пластинкой 3 на два луча, которые, отразившись от зеркал 4 и 5, распространяются через вращающийся ОД 6. Вследствие вращения, один из лучей получает положительный сдвиг фазы, другой - отрицательный. После того как лучи снова встретятся на 3 и отразятся зеркалом 7, они проходят оптическую систему 8 и регистрируются фотодетектором 9. Светоделительная пластинка 10 и фотодетектор 11 нужны для контроля мощности лазера.
Свет переотражается на плоских поверхностях оптического диска (фиг.2), выполненного в виде оптического клина с углом клиновидности около 1 угловой секунды, на плоских поверхностях ОД нанесены отражающие покрытия в виде кольцевых участков. Внешний радиус отражающих кольцевых участков должен быть меньше внешнего радиуса ОД на величину диаметра светового луча, для того чтобы можно было вводить и выводить лучи из диска. Интерференционное отражающее покрытие плоских зеркальных поверхностей диска и просветляющие покрытия диска должны быть рассчитаны на длину волны лазера.
Электромагнитная волна с волновым вектором
Figure 00000001
падает на плоскую поверхность вращающегося с угловой скоростью ω оптического диска радиуса R0 под углом ϑ0 в плоскости YAP. Верхняя и нижняя поверхности ОД имеют отражающие покрытия радиуса R1. Вследствие нарушения закона Снеллиуса (т.к. преломление происходит на тангенциальном разрыве скорости) угол преломления ϑ2 луча с волновым вектором
Figure 00000002
становится равным
Figure 00000003
для указанного направления вращения, а точка В выхода луча из диска смещается в точку В'. В результате этого волновой вектор прошедшей волны
Figure 00000004
выходит параллельно
Figure 00000001
, но со сдвигом. Луч, идущий в противоположную сторону, смещается аналогично в ту же сторону, т.е. по направлению движения среды.
Разность радиусов R0 и R1 приблизительно равна диаметру светового луча и не должна быть меньше этой величины. Дальнейшее уменьшение радиуса R1 нежелательно, т.к. при этом будет уменьшаться возможное число переотражений на плоских поверхностях ОД и, как следствие, увеличиваться угол падения луча, что приведет к уменьшению амплитуды преломленного луча и, следовательно, к снижению отношения сигнал/шум.
Смещение интерференционной картины определяется по изменению времени следования интерференционных полос по апертуре фотодетектора. Так как в течение всех измерений интерферометр настроен в одной и той же рабочей точке фазовой кривой, смещение интерференционной картины будет пропорционально времени следования полос. Поэтому необходимо обеспечение достаточно высокой частоты вращения ОД.
Так как чувствительность зависит от оптического пути светового луча в материале диска, необходимо обеспечить высокое значение показателя преломления материала диска.
Перед началом измерений интерферометр юстируется таким образом, чтобы за один оборот ОД по апертуре ФД проходили в горизонтальном направлении одна, две или три интерференционные полосы: в первую половину периода в одном направлении, во вторую - в другом. Количество интерференционных полос, которые будут перемещаться по апертуре ФД, зависит в основном от клина ОД, а также от юстировки интерферометра. Измеряемой величиной является интервал времени между моментами прохождения выбранной интерференционной полосой апертуры ФД. Так как эта величина прямо зависит от периода вращения ОД, ее нормируют на период Т.
Пространственно-временная оптическая анизотропия приводит к вариациям в положении интерференционной картины при повороте интерферометра в пространстве. Эти вариации выделяются из временного сигнала следования интерференционных полос по апертуре фотодетектора.
В результате многократных изменений ориентации интерферометра в трехмерном пространстве восстанавливается трехмерная пространственная картина анизотропии скорости электромагнитного излучения в движущейся среде, которая может быть записана в память бортового компьютера. Эта карта может иметь привязку к карте звездного неба. Точность привязки зависит от точности калибровки устройства измерения анизотропии пространства скоростей электромагнитного излучения. Калибровка устройства осуществляется по сравнению результатов измерений с результатами измерений трехмерной карты анизотропии реликтового электромагнитного излучения.
Предлагаемое устройство может быть интегрировано в систему измерения ориентации, точного позиционирования и управления движением.
Интерферометр должен быть сконструирован на двух оптических платформах, оснащенных системой вибростабилизации. На одной из платформ должен находиться электродвигатель с ОД, на другой - остальная часть интерферометра. Обе платформы располагаются на вращающемся основании. Для определения зависимости сигнала от пространственной ориентации интерферометра положение интерференционной картины измеряется при повороте интерферометра на 360 градусов в прямом и обратном направлениях. Поворот может осуществляться шаговым двигателем.
Интерферометр должен быть помещен в кожух с активной системой термостабилизации. Угол поворота регистрируется фотоэлектронной системой и затем проходит обработку на ПК.
Источники информации
[1]. Brillet A., Hall J.L. Improved laser test of the isotropy of space. // Phys. Rev. Lett. 1979. V.42. N9, pp.549-552.
[2]. Jaseja T.S., Javan A., Murray J., Townes C.H. Test of Special Relativity or of the Isotropy of Space by Use of Infrared Masers. Phys. Phys. Rev. 1964. V.133, N5A. pp.1221-1225.
[3]. Michelson A.A., Pease F.G., Pearson F. Repetition of the Michelson-Morley Experiment // Nature, 1929. V.123, p.88.
[4]. Гладышев В.О., Гладышева Т.М., Дашко М., Трофимов Н., Шарандин Е.А. Анизотропия пространства скоростей электромагнитного излучения в движущихся средах // Гиперкомплексные числа в геометрии и физике. 2006, Т.3, №2(6), с.173-187.

Claims (1)

  1. Устройство измерения анизотропии пространства скоростей электромагнитного излучения, представляющее собой оптический интерферометр, выполненный по кольцевой схеме, расположенный на поворотном основании и помещенный в термостабилизированный кожух, состоящий из лазера, оптической системы, светоделителей, зеркал, фотодетектора, вращающегося оптического диска, отличающееся тем, что оптический диск выполнен в виде клина, работающего на просвет, на плоские поверхности диска нанесены идентичные отражающие покрытия, причем внешний радиус отражающих покрытий меньше внешнего радиуса оптического диска на величину, не меньшую, чем диаметр луча, а фотодетектор выполнен в виде набора фотоэлементов, расположенных в плоскости локализации интерференционной картины вдоль прямой линии параллельно интерференционной полосе.
RU2012110844/28A 2012-03-22 2012-03-22 Устройство измерения анизотропии пространства скоростей электромагнитного излучения RU2498214C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012110844/28A RU2498214C1 (ru) 2012-03-22 2012-03-22 Устройство измерения анизотропии пространства скоростей электромагнитного излучения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012110844/28A RU2498214C1 (ru) 2012-03-22 2012-03-22 Устройство измерения анизотропии пространства скоростей электромагнитного излучения

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012110844A RU2012110844A (ru) 2013-09-27
RU2498214C1 true RU2498214C1 (ru) 2013-11-10

Family

ID=49253682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012110844/28A RU2498214C1 (ru) 2012-03-22 2012-03-22 Устройство измерения анизотропии пространства скоростей электромагнитного излучения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2498214C1 (ru)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU567141A1 (ru) * 1976-02-24 1977-07-30 Институт автоматики и электрометрии СО АН СССР Способ измерени пол скорости движущихс сред
CN101799414A (zh) * 2010-03-31 2010-08-11 芦玉珊 双光源干涉仪

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU567141A1 (ru) * 1976-02-24 1977-07-30 Институт автоматики и электрометрии СО АН СССР Способ измерени пол скорости движущихс сред
CN101799414A (zh) * 2010-03-31 2010-08-11 芦玉珊 双光源干涉仪

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГЛАДЫШЕВ В.О. и др. Анизотропия пространства скоростей электромагнитного излучения в движущихся средах. - Гиперкомплексные числа в геометрии и физике, 2006, т.3, 2(6), с.173-187. ГЛАДЫШЕВ В.О. и др. Анизотропия пространства скоростей распространения электромагнитного излучения в движущихся средах. Необратимые процессы в природе и технике. Труды четвертой Всероссийской конференции 29-31 января 2007, ч.II. - М., ФИАН, 2007, с.569-573. BRILLET A. et al. Improved laser test of the isotropy of space. Phys. Rev. Lett., 1979, v.42, N9, р.549-552. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012110844A (ru) 2013-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7216110B2 (ja) 静止面および回転面上において横揺れ角を測定するための光学分度器
US6741357B2 (en) Quadrature phase shift interferometer with unwrapping of phase
CN110487212B (zh) 一种基于涡旋光螺旋相位相移干涉检测物体面型装置
JPS60123704A (ja) 光学干渉計システムとその使用方法
JP2755757B2 (ja) 変位及び角度の測定方法
US9518816B2 (en) Dual beam splitter interferometer measuring 3 degrees of freedom, system and method of use
CN116222435A (zh) 涡旋光与平面波干涉的精密角位移测量装置及方法
US3635552A (en) Optical interferometer
US5028137A (en) Angular displacement measuring interferometer
JP2011137810A (ja) 物体の角変位を干渉計によって測定するための装置およびその方法
JPH06174844A (ja) レーザ測距装置
RU2498214C1 (ru) Устройство измерения анизотропии пространства скоростей электромагнитного излучения
US20230236125A1 (en) Dynamic phase-shift interferometer utilizing a synchronous optical frequency-shift
EP2336714B1 (en) Interferometer
JPS62200225A (ja) ロ−タリ−エンコ−ダ−
US9976947B1 (en) Position measurement device
KR101235274B1 (ko) 장시간 안정도를 갖는 헤테로다인 간섭계 및 이를 이용한 유체 채널 리드아웃 센서
US7092100B2 (en) Quadrature phase shift interferometer (QPSI) decoder and method of decoding
US6847459B2 (en) Method and apparatus for dynamically measuring the full flying state of a slider
CN114383538B (zh) 一种通过线量调制精确测量角量的装置及方法
JPH04155260A (ja) 回転速度測定装置
JPS6024414A (ja) 位置検出装置
JPS62204126A (ja) エンコ−ダ−
JP2000018918A (ja) レーザ干渉式可動体の移動量検出装置
RU2075727C1 (ru) Способ измерения углов поворота нескольких объектов и устройство для его осуществления

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160323