Двухволновый лазерный измеритель перемещений Российский патент 2021 года по МПК G01B9/02 

Описание патента на изобретение RU2742694C1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к лазерной интерферометрии и может быть использовано для измерения с высокой точностью линейных перемещений объектов при неизвестном профиле температуры.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является лазерный измеритель перемещений, состоящий из оптически связанных и расположенных последовательно блока формирования лазерного одночастотного излучения, неполяризационного светоделителя, двух уголковых отражателей опорного и измерительного плечей, приемного устройства и электронно-вычислительного блока (Транспортируемый лазерный интерферометр. В.М. Епихин, Е.А. Лавров, М.М. Мазур, Ю.А. Судденок, В.Н. Шорин. - Альманах современной метрологии, Менделеево, 2015, №4, с. 54-66). Данный вариант интерферометра принят за прототип.

Недостаток такого лазерного измерителя перемещений заключается в том, что необходимо измерять метеопараметры вдоль всей трассы с высокой точностью.

Целью изобретения является разработка лазерного измерителя перемещений для измерений при неизвестном профиле температуры на трассе измерения.

Технический результат состоит в упрощении проведения и условий измерений.

Указанный технический результат достигается тем, что в лазерном измерителе перемещений применяется двухволновый дисперсионный метод определения показателя преломления воздуха [1, 2].

В известном лазерном измерителе перемещений, состоящем из оптически связанных и расположенных последовательно блока формирования лазерного излучения, неполяризационного светоделителя, двух уголковых отражателей опорного и измерительного плечей, приемного устройства, электронно-вычислительного блока, в устройстве используется источник излучения с двумя длинами волн, на уголковом отражателе опорного плеча дополнительно установлен пьезоактюатор с псевдослучайным возбуждением, а также перед приемным устройством установлен спектральный делитель пучков, причем приемное устройство выполнено в виде двух узлов, каждый из которых состоит из поляризационного светоделителя и двух фотоприемников.

Схема предлагаемого лазерного измерителя перемещений изображена на фиг. 1.

Лазерный измеритель перемещений состоит блока формирования лазерного излучения (на чертеже не оцифрован) содержащего высокостабильный лазерный излучатель 1 на основе Nd:YVO4/KTP лазера, излучающий на двух длинах волн 532 нм и 1064 нм, у которого частота генерации на длине волны 532 нм стабилизирована йодной ячейкой [3]. Поляризация на длине волны 532 нм - линейная, вертикальная, а на длине волны 1064 нм - линейная, под углом 45°. Далее расположена призма 2, четвертьволновая фазовая пластина 3 (532 нм), расширитель пучка 4, поляризационный куб 5 (532 нм), неполяризационный светоделитель 6.

С левой стороны от неполяризационного светоделителя расположен уголковый отражатель опорного плеча интерферометра (малый ретроотражатель) 7, в торце которого установлен пьезоактюатор 8 с псевдослучайным возбуждением. После неполяризационного светоделителя установлена фазовая пластина λ/4 (532 нм и 1064 нм) 9 и перископ 10. Уголковый отражатель измерительного плеча интерферометра (большой ретроотражатель) 11 размещается на измерительной трассе (передвижной каретке). С правой стороны от неполяризационного светоделителя расположен спектральный делитель пучков 12 и приемное устройство, включающее в себя поляризационные светоделители 13,14 и четыре фотодиода ФД1-ФД4. Сигналы, полученные от фотодиодов, обрабатываются электронно-вычислительным блоком (на чертеже не показан). Устройство работает следующим образом.

Линейно поляризованное излучение лазера 1 проходит через призму 2, используемую для коррекции направления луча. При помощи четвертьволновой фазовой пластины (532 нм) преобразуется в излучение с круговой поляризацией (532 нм). Далее световой пучок при помощи расширителя пучка 4 увеличивается в диаметре для обеспечения необходимой величины дифракционной расходимости пучка. Проходит через поляризационный куб 5 (532 нм), повернутом под углом 45°. Неполяризационный светоделитель 6 разделяет пучок на два пучка, в каждом из которых присутствует компонента излучения с s- и р-поляризацией. Один пучок направляется в малый ретроотражатель 7, другой - в большой ретроотражатель 11. Для обеспечения возможности регистрации счета интерференционных полос для двух длин волн в измерительном плече интерферометра установлена фазовая пластина λ/4 (532 нм и 1064 нм) 9, обеспечивающая фазовый сдвиг π/2 между компонентами излучения с s- и р-поляризацией. Световой пучок, распространяющийся в измерительном плече интерферометра, после отражения от большого ретроотражателя через перископ 10 снова попадает в неполяризационный светоделитель 6, где происходит его интерференция с пучком света, распространяющимся в малом ретроотражателе. Далее при помощи спектрального делителя пучков 12 интерферировавшие пучки разделяются на два пучка - 1064 нм и 532 нм. При поляризационном разделении интерферировавших пучков светоделителями 13,14 четырьмя фотодиодами ФД1-ФД4 регистрируются четыре интерферограммы по две для каждой длины волны, сдвинутые по фазе на π/2. Реверсивный счет интерференционных полос с учетом этих сигналов позволяет учитывать истинное направление движения большого ретроотражателя, а также исключать возможные вибрации и шумы из счета интерференционных полос.

В торце малого ретроотражателя находится устройство, создающее перемещения на величину деформации пьезоэлемента - пьезоактюатор. Пьезоактюатор используется в полосе частот от 10 до 150 Гц с амплитудой 2-3 длины волны лазерного излучения. Измерения перемещений считываются от 100 до 10000 раз, что позволяет при обработке результатов измерений при накоплении получить величины с дробными значениями от счета интерференционных полос. При псевдослучайном возбуждении это перемещение будет также псевдослучайным. Как следствие, СКО измерений перемещений уменьшается в отсчетов, что позволяет получить разрешение по измерению перемещений до 10-4 λ, а СКО измерений перемещений от 10-2 λ до 2⋅10-1 λ.

С помощью предложенного лазерного измерителя перемещений снижаются требования к условиям проведения измерений по сравнению с прототипом.

Этим достигается поставленный технический результат.

Список используемой литературы

1. М.Т. Прилепин. Труды ЦНИИГАиК, вып. 114, 1957, стр. 127.

2. М.Т. Прилепин. Геодезия и аэрофотосъемка. Изв. ВУЗов, 1957, вып. 2.

3. М.Н. Скворцов, М.В. Охапкин, А.Ю. Невский, С.Н. Багаев. «Оптический стандарт частоты на основе Nd:YAG - лазера, стабилизированного по резонансам насыщенного поглощения в молекулярном йоде с использованием второй гармоники излучения.» КЭ, т. 34, №12, 2004, с. 1101-1106.

Похожие патенты RU2742694C1

название год авторы номер документа
ДВУХКАНАЛЬНАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ УДАРНО-ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ 2016
  • Малюгина Светлана Николаевна
  • Павленко Александр Валериевич
RU2638582C1
Лазерный интерферометр 1991
  • Прилепских Владимир Дмитриевич
  • Ханов Владимир Андреевич
SU1825968A1
Лазерный интерферометр перемещений 1983
  • Смирнов Виктор Александрович
SU1132147A1
Лазерный интерферометр для измерения линейных перемещений объекта 1991
  • Михальченко Евгений Петрович
  • Рюмин Алексей Владимирович
  • Яковлев Николай Александрович
SU1793204A1
Интерференционное устройство для измерения линейных перемещений объекта 1990
  • Умников Валерий Николаевич
  • Бондарчук Юрий Константинович
  • Финогенов Михаил Александрович
SU1809302A1
Способ создания интерференционных полей с фазовым сдвигом от 0 до 180 @ 1990
  • Кирьянов Валерий Павлович
  • Коронкевич Вольдемар Петрович
  • Ленкова Галина Александровна
  • Лохматов Анатолий Иванович
  • Тарасов Георгий Гаврилович
SU1768957A1
ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТОВ 2020
  • Сигитов Евгений Александрович
  • Бессонова Анна Ивановна
  • Арав Константин Валерьевич
RU2745341C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОРЕЛЬЕФА ОБЪЕКТА И ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРИПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ, МОДУЛЯЦИОННЫЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ МИКРОСКОП ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА 2001
  • Андреев В.А.
  • Индукаев К.В.
  • Осипов П.А.
RU2181498C1
ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ 1997
  • Долгих Г.И.
  • Корень И.А.
RU2146354C1
Устройство для измерения перемещений 1990
  • Миронов Александр Владимирович
  • Привалов Вадим Евгеньевич
  • Синица Светлана Александровна
SU1758433A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 742 694 C1

Реферат патента 2021 года Двухволновый лазерный измеритель перемещений

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к лазерной интерферометрии, и может быть использовано для измерения с высокой точностью линейных перемещений объектов при неизвестном профиле температуры. Лазерный измеритель перемещений состоит из оптически связанных и расположенных последовательно блока формирования лазерного излучения, неполяризационного светоделителя, двух уголковых отражателей опорного и измерительного плечей, приемного устройства и электронно-вычислительного блока. В устройстве используется источник излучения с двумя длинами волн, на уголковом отражателе опорного плеча дополнительно установлен пьезоактюатор с псевдослучайным возбуждением, а также перед приемным устройством установлен спектральный делитель пучков, причем приемное устройство выполнено в виде двух узлов, каждый из которых состоит из поляризационного светоделителя и двух фотоприемников. Технический результат заключается в обеспечении возможности упрощении проведения измерений и в снижении требований к условиям их проведения. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 742 694 C1

Лазерный измеритель перемещений, состоящий из оптически связанных и расположенных последовательно блока формирования лазерного излучения, неполяризационного светоделителя, двух уголковых отражателей опорного и измерительного плечей, приемного устройства, электронно-вычислительного блока, отличающийся тем, что в устройстве используется источник излучения с двумя длинами волн, на уголковом отражателе опорного плеча дополнительно установлен пьезоактюатор с псевдослучайным возбуждением, а также перед приемным устройством установлен спектральный делитель пучков, причем приемное устройство выполнено в виде двух узлов, каждый из которых состоит из поляризационного светоделителя и двух фотоприемников.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2021 года RU2742694C1

В.М
Епихин и др
"ТРАНСПОРТИРУЕМЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР", Альманах современной метрологии, Менделеево, 2015, N4, стр
Видоизменение прибора для получения стереоскопических впечатлений от двух изображений различного масштаба 1919
  • Кауфман А.К.
SU54A1
Устройство для измерения перемещений 1981
  • Бараш Владимир Яковлевич
  • Федотова Галина Васильевна
SU1017915A1
Устройство для дистанционного измерения расстояний 1980
  • Прилепин М.Т.
  • Медовиков А.С.
  • Морозов В.Н.
  • Сергеев А.Б.
  • Солодов С.Е.
SU938660A1
Телефонная трансляция с местной цепью для уничтожения обратного действия микрофона 1924
  • Никифоров А.К.
SU348A1
JP 3037949 B1, 08.05.2000.

RU 2 742 694 C1

Авторы

Лавров Евгений Александрович

Мазур Михаил Михайлович

Шорин Владимир Николаевич

Судденок Юрий Александрович

Даты

2021-02-09Публикация

2020-06-08Подача