SU1108328A1 - Интерференционный способ измерени перемещений и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Интерференционный способ измерени  перемещений, заключающийс  в получении интерференционных картин, смещенных одна относительно другой по фазе, преобразовании оптических сигналов в электрические при анализе интерференционных картин и формировании пр моугольных импульсов, по количеству и последовательности поступлени  которых определ ют перемещение , отличающийс   тем, что, с целью повышени  точности и увеличени  диапазона измерений, получают три сдвинутых по фазе на 90 интерференционные картины и соответственно три электрических сигнала, определ ют их посто нную и переменную составл ющие и используют их дл  формировани  двух сигналов со стабилизированными значени ми посто нной i и переменной составл ющих, а затем формируют пр моугольные импульсы. (Л

Description

00

со

ND

00

2. Устройство дл  измерени  перемещений , содержащее интерферометр, три фотопреобразовател , два дифференциальных усилител ,два формировател , вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего дифференциального усилител , и регистратор , соединенный с выходами формирователей , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности и увеличени  диапазона измерений, оно снабжено источником опорного напр жени , двум  сумматорами, инвертором , двум  сумматорами-выпр мител ми и трем  перемножител ми-делител ми , выходы.первого и второго перемножителей-делителей подключены к инвертирующим входам соответствующих дифференциальных усилителей, а неинвертирующие входы последних соединены с выходом третьего перемножител -делител , первый множительный вхо которого соединен с выходом инвертора , вход которого подключен к выходу первого сумматора, один из входов первого сумматора соединен с выходом первого фотопреобразовател , с первым множительным входом первого перемножител -делител  и с первым входом первого сумматора-выпр мител , а второй вход первого сумматора подключен к выходу третьего фотопреобразовател , выход второго фотопреобразовател  соединен с первым множительным входом второго перемножител делител  и с первым входом второго сумматора-выпр мител , а вторые входы сумматоров-выпр мителей соединены с выходом первого сумматора, источник опорного напр жени  подключен к вторым множительным входам перемножителей-делителей , делительные входы которых соединены с выходом второго сумматора, входы которого подключены к выходам сумматоров-выпр мителей .

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении и приборостроении дл  измерени  с по мощью лазерных измерителей перемещеИзвестен интерференционный способ измерени  перемещений, заключающийс  в получении интерференционных картин, смещенных одна относительно другой по фазе, преобразование оптических сигналов в электрические при анализе интерференционных картин и формировании пр моугольных импульсов по количеству и последовательности поступлени  которых определ ют пере мещение ij. Известно устройство дл  измерени  перемещений, содержащее интерферометр , три фотопреобразовател , два , дифференциальных усилител , два формировател , вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего дифференциального усилител , и регистратор . Приемник излучени  содержит также четвертый фотопреобразователь Недостатком известных способа и устройства  вл етс  то, что при ба лансном методе компенсируютс  толь ко посто нные составл ющие сигналов фотопреобразователей, а амплитуда переменной составл ющей может измен тьс  в зависимости от уровн  и глу бины модул ции сигнала фотопреобразо вател , что, в частности, может быть вызвано нестабильностью мощности лазерного излучени  при поперечных сме щени х отражателей интерферометра, при ослаблении луча измерительного плеча интерферометра загр знени ми и т.д., тем самым не устран ютс  основные погрешности, что ведет к снижению точности и уменьшению диапазона измерений. Цель изобретени  - повышение точности и увеличение диапазона измерений , Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно интерференционному способу измерени  перемещений, заключающемус  в получении интерференционных картин, смещенных одна относительно другой по фазе, преобразовании оптических сигналов в электрические при анализе интерференционных картин и формировании пр моугольных импульсов, по количеству и последовательности поступлени  которых определ ют перемещение , получают три сдвинутых по фазе на 90° интерференционные картины и соответственно три электрических : сигнала, определ ют их посто нную и переменную составл ющие и используют их дл  формировани  двух сигналов со стабилизированными значени ми посто нной и переменной составл ющих, а затем формируют пр моугольные импульсы . Устройство дл  измерени  перемещений , содержащее интерферометр, три фотопреобразовател , два дифференциальных усилител , два формировател , вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего дифФеренциапьного усилител , и регистратор, соединенный с выходами формирователе снабжено источником опорного напр же ни , двум  сумматорами, инвертором, двум  сумматорами-выпр мител ми и тре м  перемножител ми-делител ми выходы первого и второго перемножителей-делителей подключены к инвертирующим входам соответствующих дифференциальных усилителей, а неинвертирую щие входы последних соединены с выходом третьего перемножител делител , первый множительный вход которого соединен с выходом инвертора , вход которого подключен к выходу первого сумматора, один из входов пер вого сумматора соединен с выходом первого фотопреобраэовател , с -.первым множительным входом первого пере множител -делител  и с первым входом первого сумматора-выпр мител , а вто рой вход первого сумматора подключен к выходу третьего фотопреобразовател , выход второго фотопреобразовате л  соединен с первым множительным входом второго перемножител -делител  и с первым входом второго суммато ра-выпр мител , а вторые входы сумматоров-выпр мителей соединены с выходом первого сумматора, источник опорного напр жени  подключен к вторым множительным входам перемножите.лей-делителей , делительные входы которых соединены с выходом второго су матора, входы которого подключены к выходам сумматоров-выпр мителей, На фиг. 1 представлена блок-схема устройства дл  осуществлени  интерференционного способа измерени  пере мещений; на фиг. 2 - эпюры сигналов на элементах схемы. Устройство состоит из фотопреобразователей 1, 2 и 3, источника 4 опорного напр жени , первого и второ го перемножител -делител  5 н 6, пер вого сумматора 7, первого н второго дифференциальных усилителей 8 и 9, инвертора 10, первого и второго сумматоров-выпр мителей 11, 12, первого и второго формирователей 13 и 14, соединенных с выходами соответствующих дифференциальных усилителей 8 и 9, третьего перемножител -делител  15, второго сумматора 16, регистрато ра 17, соединенного с выходами формирователей 13 и 14, выходы первого и второго перемножител  делител  5 и б подключены к инвертирующим входам соответствующих дифференциальных уси лителей 8 или 9, а неинвертирующие входы последних соединены с выходом третьего перемножител -делител  15, первый множительный вход которого соединен с выходом инвертора 10, вхо которого подключен к выходу первого сумматора 7, один из входов первого сумматора 7 соединен с выходом первого фотопреобразовател  1, с первым множительным входом первого перемножител -делител  5 и с первым входом первого сумматора-выпр мител  11, а второй вход первого сумматора 7 подключен к выходу третьего фотопреобразрвател  3, выход второго фотопреобразовател  2 соединен с первым множительным входом второго перемножител -делител  бис первым входом второго сумматора-выпр мител  12, а втррые входы сумматоров-выпр мителей 11 и 12 соединены с выходом первого сумматора 7, источник 4 опорного напр жени  подключен к вторым множительным входам перемножителей-делителей 5, б и 15, делительные входы которых соединены с выходом второго сумматора 16, входы которого подключены к выходам сумматоров-выпр мителей 11 и 12. С помощью предлагаемого устройства способ осуществл етс  следующим образом. С помощью интерферометра (не пока зан) получают три интерференционные картины, последовательно сдвинутые по фазе на 90°. После преобразовани  оптических сигналов в электрические с помощью фотопреобразователей 1, 2 и 3 получают сигналы вида и. К.1.1 + т;соз{л4.), где i - номер фотопреобразователей; К,- - коэффициент усилени  фотопреобразовател ; I,- - дол  энергии лазерного излучени , приход ща с  на фотопреобразователь с номером i, m-- глубина модул ции сигнала фотопреобраз овс1тел  ; - фаза сигнала, св занна  с величиной измер емого перемещени  ЛЬ. Вследствие того, что сигналы фотопреобразователей одинаковым образом завис т от результата интерференции двух лучей опорного и измерительного плеч интерферометра, параметры выходных сигналов описываютс  одинаковыми функци ми времени: K.I. ), m.mjt) ,/i4.A4.(t) , тогда U; (t)U(,(t) l+mp{t)co3 ЛЧ. (t) .. Текущие значени  трех указанных параметров определ ютс  по значени м трех сигналов фотопреобразователей и. (фиг, 2а). Формирование двух сигналов Од и Ug со стабилизированными значени ми амплитуд и нулевыми посто нными составл ющими (фиг. 26) осуществл етс  по алгоритму ))E, Jt)) ) ЕО- cosdMlt) , )0(tjEo/fUo tno -Ec/no(tl Ejj (t). Указанные операции и последовател ность их выполнени  удовлетвор ют д полнительному условию осуществлени  способа измерени  заключающемус  в том, что все сигналы, над которыми производ тс  операции умножени  и делени , должны быть знакоположител ными вследствие использовани  логарифмических перемножителей-делителей 5, 6 и 15. Стабилизированное значение Е вырабатываетс , источником 4 опорного напр жени . Текущее значение -и(t) получают на выходе сумматора 7, на входы которого подаютс  сигналы U(t и Uj (t) с фотопреобразователей 1 и Выпр мленные значени  .переменных составл ющих сигналов U (t) и U (t) получают на сумматорах-выпр мител х 11 и 12, при этом сумматор 16 формирует сигнал UQ (t)га(t), Перемножив сигналы Ер и U(t) и разделив их произведение на U(,(t)m(t) с помощью перемножител -делител  15, получают величину Ep/mt. Использу  полученные величины Eg Up,(t)m(t) и (t} , преобразуют сигнал и(t) в сигнал со стабилизированным значением амплитуды и нулевой посто нной составл ющей U(t) по указанному алгоритму с помощью перемножител -делител  5 и дифференциального усилител  8, Аналогичным образом формирует сиг нал U (t) на перемножителе-делителе б и дифференциальном усилиаеле 9. Амплитудна  дискриминаци  сигналов UA(t) и ив() производитс  на формировател х 13 и 14 по установленным значени м Е, что благодар  стабилизированному значению Eg а:мплитуд сигналов U(t) и Og(t) обеспечивает высокую и устойчивую помехозащищенность измерений, равномерность распризделени  счетных импульсов независимо от изменений уровн  и глубины модул ции сигналов фотопреобразователей . В регистраторе 17 производитс  обработка выходных импульсов формирователей , определение величины и направлени  измер емого перемещени  и индикации результатов измерений. Таким образом, использование величины Uo(t)in{t) в качестве сигнала U(t)m.(t) и гальванической св зи между всеми узлами схемы обеспечивает простоту схемной реализации определени  параметра ro(t) и независимость амплитуд сигналов U(t) и Ug(t) от скорости измер емого перемещени , . а также обусловливает близкую к треугольной форму сигналов Од(t) и Ug(t), что позвол ет увеличить устойчивость измерител  к изменени м уровней и глуЬины модул ции сигналов фотоприемников , улучшить помехозащищенность измерител , исключить систематическую ошибку измерений, что в совокупности обеспечивает значительное увеличение точности измерени  перемещений . Достигнута  высока  точность интерференционных измерений в широком диапазоне не зависит от изменений мощности лазерного излучени , от искажений интерференционной картины, что обеспечивает увеличение диапазона измер емых перемещений.

I /S

xx

/ jX

/ V

V

x:

в

1 I rtn LJ.

I I I I

/

„

x:/

x

/

л

/x

t

/

/

/

x

в

{ I I

I I I

Claims (2)

1. Интерференционный способ измерения перемещений, заключающийся в получении интерференционных картин, смещенных одна относительно другой по фазе, преобразовании оптических сигналов в электрические при анализе интерференционных картин и формировании прямоугольных импульсов, по количеству и последовательности поступления которых определяют перемещение, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности и увеличения диапазона измерений, получают · три сдвинутых по фазе на 90° интерференционные картины и соответственно три электрических сигнала, определяют их постоянную и переменную составляющие и используют их для формирования двух сигналов со стабилизированными значениями постоянной и переменной составляющих, а затем формируют прямоугольные импульсы.

2. Устройство для измерения перемещений, содержащее интерферометр, три фотопреобразователя, два дифференциальных усилителя,два формирователя, ВХОД КаЖДОГО ИЗ КОТОРЫХ СПРПИнен с выходом соответствующего дифференциального усилителя, и регистратор, соединенный с выходами формирователей, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и увеличения диапазона измерений, оно снабжено источником опорного напряжения, двумя сумматорами, инвертором, двумя сумматорами-выпрямителями и тремя перемножителями-делителями, выходы.первого и второго перемножителей-делителей подключены к инвертирующим входам соответствующих дифференциальных усилителей, а неинвертирующие входы последних соединены с выходом третьего перемножителя-делителя, первый множительный вход которого соединен с выходом инверто ра, вход которого подключен к выходу первого сумматора, один из входов первого сумматора соединен с выходом первого фотопреобразователя, с первым множительным входом первого перемножителя-делителя и с первым входом первого сумматора-выпрямителя, а второй вход первого сумматора подключен к выходу третьего фотопреобразователя, выход второго фотопреобразователя соединен с первым множительным входом второго перемножителяделителя и с первым входом второго сумматора-выпрямителя, а вторые входа сумматоров-выпрямителей соединены с выходом первого сумматора, источник опорного напряжения подключен к вторым множительным входам перемножителей-делителей, делительные входы которых соединены с выходом второго сумматора, входа которого подключены к выходам сумматоров-выпрямителей .