SU1663416A1 - Интерференционное устройство дл измерени перемещений объектов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к определению перемещений объектов интерференционными методами. Цель изобретени  - обеспечение возможности измерени  перемещений с большим ускорением посредством осуществлени  процесса измерени , не завис щего от скорости перемещени  объекта. Дл  этого устройство снабжено вторым источником монохроматического излучени , двум  дисперсионными призмами и телескопической системой и двум  отражател ми, а второй отражатель выполнен в виде многоступенчатого зеркала. При работе устройства пучки света от источников направл ютс  на дисперсионную призму, после прохождени  которой сход тс  в один луч, который расщепл етс  телескопической системой в плоский пучок. Далее пучок делитс  светоделителем на два, которые, отразившись от зеркала отражател , расщепл ютс  по длинам волн дисперсионной призмой на два пучка и формируют интерференционные картины в виде полос с различной интенсивностью, регистрируемой матрицей фотоприемников. 1 ил.

Description

1

(21)4718474/28

(22) 13.07.89

(46) 15.07.91. Бюл. №26

(71)Новосибирский электротехнический институт

(72)В. И. Гужов, И. В. Кузнецова и Ю. Н. Со- лодкин

(53)531.781.2(088.8)

(56)Коронкович В.П. и Ханов В.А. Современные лазерные интерферометры, Новосибирск , Наука, 1986, с. 13-14.

Feingeratetechnlk, 1976, Bd 25, № 6, S. 246-248

(54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТОВ

(57)Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к определению перемещений объектов интерференционными методами. Цель изобретени  - обеспечение возможности измерени  перемещений с

большим ускорением посредством осуществлени  процесса измерени , независ щего от скорости перемещени  объекта. Дл  этого устройство снабжено вторым источником монохроматического излучени , двум  дисперсионными призмами и телескопической системой и двум  отражател ми, а второй отражатель выполнен в виде многоступенчатого зеркала. При работе устройства пучки света от источников направл ютс  на дисперсионную призму, после прохождени  которой сход тс  в один луч, который расщепл етс  телескопической системой в плоский пучок. Далее пучок делитс  светоделителем на два, которые, отразившись от зеркала и отражател , расщепл ютс  по длинам волн дисперсионной призмой на два пучка и формируют интерференционные картины в виде полос с различной интенсивностью , г регистрируемой матрицей фотоприемников. 1 ил.

(S

С

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к определению перемещений объектов интерференционными методами.

Цель изобретени  - обеспечение возможности измерени  перемещений с большим ускорением посредством осуществлени  процесса измерени , не завис щего от скорости перемещени  объекта.

На чертеже изображена функциональна  схема интерференционного устройства дл  измерени  перемещений объектов.

Интерференционное устройство дл  измерени  перемещений содержит источники 1 и 2 монохроматического излучени , дисперсионную призму 3, телескопическую систему 4, светоделитель 5, отражатель 6,

св занный с контролируемым объектом, отражатель 7, дисперсионную призму 8, матрицу 9 фотоприемников, блок 10 регистрации .

Последовательно по ходу лучей за источниками 1 и 2 расположены оптически св занные дисперсионна  призма 3, телескопическа  система 4, светоделитель 5, отражатель б, располагаемый на общем основании с контролируемым объектом. Второй отражатель 7 выполнен в виде многоступенчатого зеркала . Напротив него, оптически св занного со светоделителем, расположена втора  дисперсионна  призма, и за ней по ходу лучей расположена матрица фотоприемников.

Источники 1 и 2 монохроматического излучени  представл ют собой лазеры, нао о со

.&

.«а

о

пример аргоновый (А 0,513 мкм), и гелий- неоновый (А 0.628 мкм).

Дисперсионные призмы 3 и 8, телескопическа  система 4, светоделитель 5, отра- жатель 6 - стандартные оптические элементы, из которых собран интерферометр . Отражатель 7 выполнен в виде многоступенчатого зеркала, у которого ширина ступеньки превышает длины А волн источников 1 и 2.

Стандартные матрицы 9 фотоприемников , например ЛФ-1024, подключены к блоку 10 регистрации, например типа С1-64.

Работа устройства основана на свойствах целых чисел.

Каждому целому числу отвечает определенный остаток от делени  его на целое положительное L, которое назовем модулем . Если двум целым а и Ь отвечает один и тот же остаток г, то они называютс  равно- остаточными, а сравнимость чисел а и b по модулю L записываетс  а b(modL).

Рассмотрим систему сравнений с одним неизвестным, но с разными и притом попарно простыми модул ми:

X bi(modLi)

х bk(mod Lk).

Решить систему можно, примен   теорему .

Пусть числа Ms и Ms определены из условий

UU ... U MsU Ms Ms s 1(modLs)

и пусть

bi+M2M2 b2+...+MkMkbk.

Тогда совокупность значений X определ етс  сравнением

(modLil 2...Lk).

Определить разность фаз в пределах одного периода ее изменени  - это значит определить остаток отделени  полной разности фаз на длину волны.

Пусть X niAi+rs.

-Если существует возможность определить г с достаточно большой точностью, можно поставить в соответствие вещественным значени м длины волны и фазы, определенной с точностью до In, целые числа с определенным количеством значащих цифр и перейти к рассмотрению системы сравнений.

Устройство работает следующим образом .

Пучки света от источников 1 и 2 направл ютс  на дисперсионную призму 3, после прохождени  которой сход тс  в один луч, который затем расщепл етс  телескопической системой 4 в плоский пучок. Далее пучок делитс  светоделителем 5 на два, которые , отразившись от отражателей 6 и 7,

расщепл ютс  по длинам волн дисперсионной призмой 8 на два пучка и формируют интерференционные картины в виде полос с различной интенсивностью, регистрируемой матрицей 9 фотоприемников.

Второй отражатель имеет ступенчатую форму дл  того, чтобы получить три значени  интенсивности И, 1а, 1з на каждой длине волны дл  трех заданных перепадом высот ступенек значений фазового сдвига р, р2 , рз. Причем толщина d стекл нных пластин, из которых собираетс  отражатель , должна быть больше любой из длин волн:

,

чтобы ступеньки работали на отражение, а не на дифракцию.

По значени м интенсивности, полученным дл  двух длин волн, вычисл етс  разность фаз р в пределах одного периода изменени  фазы по формуле

(з - l2) + (h - з) cosjft + р2 - li) cosffa

p-arctg

(l3 - l2) Slnpl + (11 - 1з) SlnyJZ + (12 - I1) SinyJS

Затем по значени м разности фаз, определенных в пределах одного периода изменени  фазы дл  двух длин волн, определ етс  полна  разность фаз световых волн.

При перемещении объекта происходит смещение расположенного с ним на общем основании отражател  6, и разность длин плеч измерительного канала интерферометра мен етс . По показани м матрицы 9 будет определена полна  разность фаз дл  нового положени  отражател  6 и соответствующее двум известным значени м разности фаз. световой волны перемещение Объекта.

Преимущество предлагаемого технического решени  по сравнению с прототипом состоит в том, что можно определ ть полную разность фаз, а следовательно, и перемещение объекта по значени м интенсивности , зарегистрированным фотоприемниками , причем не имеет значени  положение объекта во врем , предшествующее регистрации, так как не производ т счет фазовых циклов. Кроме того, определ етс  абсолютное положение объекта, а не относительное, как это происходит в прототипе .

Измерение перемещений объекта в прототипе производитс  посредством счета полос, из чего следует необходимость проведени  непрерывного процесса регистрации фотоприемниками периодов изменени   ркости оптического сигнала, причем допустима  скорость измер емых перемещений ограничиваетс  предельной частотой работы счетчика, который в блоке регистрации служит дл  отсчета полос по квадратурным сигналам фотоприемников.

В предлагаемом решении врем  одного измерени  определ етс  только инерционностью фотоприемника.

Рассчитаем допустимую скорость перемещени  V дл  инерционности т 10 с, которую имеет, матрица;. ЛФ-1024, и длины волны Я 0,6 мкм:

V | 6-103M/MHH.

Существующие измерители перемещений Tak же, как и прототип, имеют этот параметр м/мин.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Интерференционное устройство дл  измерени  перемещений объектов, содержащее источник монохроматического излучени  и расположенные вдоль пучка излучени  светоделитель, дел щий пучок излучени  на

   измерительный и опорный пучки, отражатель , установленный в измерительном пучке , отражатель, установленный в опорном пучке, метрицу фотоприемников, оасположенную в опорном пучке и оптически св занную через светоделитель с обоими отражател ми, и блок регистрации, соединенный с выходом матрицы фотоприемников , отличающеес  тем, что, с целью

   обеспечени  возможности измерени  пере- мещенийс большим ускорением, оноснабже- но вторым источником монохроматического излучени , расположенным в одной плоскости с первым источником, дисперсионной

   призмой, расположенной между источниками монохроматического излучени  в точке пересечени  пучков излучени , телескопической системой, расположенной между дисперсионной призмой и светоделителем,

   второй дисперсионной призмой, расположенной между светоделителем и матрицей фотоприемников, а второй отражатель выполнен в виде многоступенчатого зеркала.