УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОПЕРЕЧНЫХ СМЕЩЕНИЙ Российский патент 1996 года по МПК G01C15/00 

Изобретение относится к оптическому и геодезическому приборостроению, а именно к измерителям поперечных смещений и деформаций различных объектов.

Известны интерференционные устройства (1), в которых поперечные смещения определяются визуально по изменению наклона интерференционных полос.

Точность измерения смещений недостаточно высока из-за необходимости учета двойного хода луча и трудностей точных измерений наклона интерференционных полос.

Наиболее близким является устройство (2), предназначенное для измерения поперечных смещений, недостатком которого является невысокая точность измерения смещения, так как оно основано на использовании поляризации излучения. Кроме того, оно ограничено в функциональном отношении, так как предназначено для измерения только одной составляющей поперечных смещений в заданном направлении.

Предлагаемое устройство обеспечивает одновременное измерение одной, двух и даже трех поперечных составляющих сложных перемещений физических объектов при повышении точности измерений.

Это достигается тем, что устройство снабжено вторым преобразователем излучения, расположенным между первым преобразователем излучения и первым фотоприемником, первым и вторым светоделителями, расположенными соответственно между первым и вторым преобразователями излучения и между вторым преобразователем излучения и первым фотоприемником и подключенными к блоку обработки, вторым фотоприемником с анализатором и опорным фотоприемником, оптически сопряженными соответственно с первым и вторым светоделителями, при этом первый преобразователь излучения выполнен с возможностью формирования двух пучков излучения, а второй преобразователь выполнен с возможностью формирования двух пар сходящихся пучков, попарно ортогонально поляризованных и расположенных в ортогональных плоскостях, причем плоскости пропускания анализаторов первого и второго фотоприемников ортогональны между собой.

Технический результат достигается также тем, что в устройстве первый преобразователь излучения выполнен с возможностью формирования пучков излучения со сдвигом их частоты, блок обработки выполнен в виде блока измерения разностных частот, а перед фотоприемниками установлены введенные щелевые решетки с пространственным шагом δ, определяемым из выражения:
d=λ/2sin(θ/2),
где λ длина волны излучения, лазера,
q угол схождения пучков излучения каждой пары,
и ориентацией параллельно плоскостям пропускания анализаторов соответствующих фотоприемников, каждый из которых выполнен сканируемым.

На чертеже представлена блок-схема устройства для определения поперечных смещений.

Устройство содержит лазер 1, коллиматор 2, первый преобразователь 3, опорный светоделитель 4, 4', опорный фотоприемник 5, второй преобразователь 6, содержащий светоделительные пластины 7, 7', поворотные зеркала 8, 8' и 9, 9', полуволновые пластины 10, 10', а также блок обработки 11, опорный вход которого связан с выходом фотоприемника 5, а также расположенные на определяемом объекте второй светоделитель 12, первый 13 и второй 14 фотоприемники, оптически сопряженные по входам со светоделителем 12 через сканаторы 15 и 16.

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера 1, пройдя коллиматор 2, поступает на первый преобразователь 3, часть выходного излучения которого через светоделитель 4, 4' поступает на фотоприемник 5, выход которого связан с опорным входом блока обработки 11. Другая часть излучения преобразователя 3 направляется на второй преобразователь 6, содержащий светоделительные пластины 7, 7', поворотные зеркала 8, 8' и 9, 9', полуволновые пластины 10, 10'. Сформированные преобразователем 6 две пары ортогонально поляризованных лучей лазера образуют в области измерений две ортогонально расположенные интерференционные картины с периодом интерференции
d=λ/2sin(θ/2),
где λ длина волны излучения лазера,
q угол схождения лазерных лучей.

Устройство может работать с формированием стационарной или нестационарной интерференции в области измерений. Это определяется режимом работы преобразователя 3, который может работать со сдвигом или без сдвига частоты между лучами лазера. Приемники 13, 14 и 15 выполняются соответственно либо как обычные с использованием решеток 17, 18, 19 перед ними при регистрации нестационарной интерференции, либо как сканируемые без решеток, при регистрации стационарной интерференции.

Соединение выходов фотоприемников 13, 14 с входами блока обработки 11 осуществляется либо непосредственно кабельными линиями связи, либо через отдельную систему связи, часть которой, блок 36, расположена на определяемом объекте, другая часть, блок 36', расположена вблизи блока обработки 11. Система связи содержит лазер 37, зеркала 38, 38', полуволновую пластину 39, оптические модуляторы 40, 41, зеркала 42, 42', 43, 43', анализаторы 44, 44', фотоприемники 45, 46. При этом зеркала 38, 38', и полуволновая пластина 39 размещены между лазером 37 и оптическими модуляторами 40, 41, а зеркала 42, 42' и 43, 43' оптически сопряжены друг с другом и расположены между выходами модуляторов 40, 41 и анализаторами 44, 44', которые оптически связаны с фотоприемниками 45, 46, выходы которых соединены с входами блока обработки, причем выходы фотоприемников 13, 14 соединены электрически со входами модуляторов 40, 41. Работа канала связи ведется следующим образом. Сигналы фотоприемников 13, 14 управляют модуляторами 40, 41, на входы которых через зеркала 38, 38' и полуволновую пластину поступает поляризованное излучение лазера 37. Излучение с ортогональной поляризацией с выхода зеркал 42, 42' поступает через приемные зеркала 43, 43' и анализаторы 44, 44' на фотоприемники 45, 46 и через них на входы блока обработки 11. Эта система связи, аналогично кабельной линии, обеспечивает поступление сигналов фотоприемников 13, 14 на блок обработки 11, но только с преобразованием электрических сигналов в оптические и обратным их преобразованием в электрические. Это может оказаться необходимой частью в случае, если невозможна связь кабельными линиями.

При необходимости одновременных измерений трех координат перемещений, включающих кроме измеряемых двух поперечных смещений еще и продольную составляющую смещений, устройство целесообразно использовать с существующим интерференционным измерителем продольных смещений (1, с. 49-61), который условно обозначен на чертеже дополнительной системой 20, содержащей двухчастотный лазер 21, четвертьволновую пластину 22, коллиматор 23, светоделители 24, 25, неподвижный отражатель 26, анализаторы 27, 28, фотоприемники 29, 30, счетчики 31, 32, блок обработки 33, четвертьволновую пластину 34, подвижный отражатель 35.

Совместное использование устройства и системы 20 дает более полную информацию о пространственных перемещениях различных объектов.

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и позволяет повысить точность измерений и обеспечивает одновременное измерение двух поперечных составляющих смещений объектов за счет одновременного формирования двух ортогонально расположенных интерференционных полей в зоне измерений. Сущность изобретения: часть выходного излучения преобразователя 3 через первый светоделитель 4, 4' поступает на вход опорного фотоприемника 5, выход которого связан с опорным входом блока обработки 11. Другая часть излучения направляется на второй преобразователь 6, который формирует две пары ортогонально поляризованных сходящихся пучков, расположенных в ортогональных плоскостях, образующих в зоне измерений две ортогонально расположенные интерференционные картины, считываемые соответствующими фотоприемниками 13, 14 с взаимно ортогональными анализаторами 15, 16. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для определения поперечных смещений, содержащее лазерный источник коллимированного излучения с первым преобразователем излучения и первый фотоприемник с анализатором, подключенный к блоку обработки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и информативности за счет одновременного определения смещений по двумя взаимно ортогональным осям, оно снабжено вторым преобразователем излучения, расположенным между первым преобразователем излучения и первым фотоприемником, первым и вторым светоделителями, расположенными соответственно между первым и вторым преобразователями излучения и между вторым преобразователем излучения и первым фотоприемником и подключенным к блоку обработки, вторым фотоприемником с анализатором и опорным фотоприемником, оптически сопряженными соответственно с первым и вторым светоделителями, при этом первый преобразователь излучения выполнен с возможностью формирования двух пучков излучения, а второй преобразователь выполнен с возможностью формирования двух пар сходящихся пучков, попарно ортогонально поляризованных и расположенных в ортогональных плоскостях, причем плоскости пропускания анализаторов первого и второго фотоприемников ортогональны между собой. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый преобразователь излучения выполнен с возможностью формирования пучков излучения со сдвигом их частоты, блок обработки выполнен в виде блока измерения разностных частот, а перед фотоприемниками установлены введенные щелевые решетки с пространственным шагом δ, определяемым из выражения
d=λ/2sin(θ/2),
где λ длина волны излучения лазера;
q угол схождения пучков излучения каждой пары,
и ориентацией параллельно плоскостям пропускания анализаторов соответствующих фотоприемников. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый из фотоприемников выполнен сканируемым.