Способ измерения дробной части интерференционной полосы и устройство для его реализации Советский патент 1983 года по МПК C01B21/00 

повышения точности измерений, оно снабжено соединенными последовательно первым амплитудным детектором ипервым аналого-цифровым прео 5разователем, первым блоком определения знака, соединенными последовательно вторым амплитудным детектором и вторым аналого-цифровым преобразователем, вторым блоков определения знака,блоком сравнения: знаков, входы которого соединены с генератором синусоидального напряжения и выходами первого и второго блоков определения знака.

а выход - с входом блока вычисления, к двум другим входам которого подключены соответственно выходы первого и второго аналого-цифрового преобразователя, выход предварительного усилителя соединен с входами блоков выделения первой и второй гармоник, а выходы последних соединены соответственно с входами первого амплитудного детектора и первого аналого-цифрового преобразователя и второго амплитудного детектора и- второго аналого-цифрового преобразователя.

1. Способ измерения дробной части интерференционной полосы, заключающийся в том, что формируют интерференционную картину в виде интерференционных полос, осуществляют принудительные периодические перемещения полос по синусоидальному закону в плоскости анализа, преобразуют распределение освещенности полос в плоскости анализа в электрический сигнал и выделяют первую и вторую гармонические составляющие электрического сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, определяют амплитудные значения первой и второй гармонических составляю(цих электрического сигнала, знаки полуволн первой и второй гармонических составляющих в момент времени, соответствующий среднему значению периода принудительного перемещения полос, а величину дробной части интерференционной полосы определяют по соотношению 1 РЛ 1 р J, (АЮ I где К - дробная часть интерференционной полосы в долях полосы; V2 амплитудные значения nepsoiS и второй гармонических состав лягшцих электрического сигнала; ЗдИ), 3(А77)- функции Бесселя второго и первого порядка 9 первого рода с аргументом Ajj; А - амплитуда принудительного периодического перемещения полос; +-1 - при совпадении знаков полу-волн первой и второй гаомо М; нических составляющих электрического сигнала; ,-1 - при несовпадении знаков полуvl волн первой и второй гармо- о нических составляющих электо рического сигнала. 2. Устройство для измерения дробсо ной части интерференционной полосы содержащее интерферометр с подвижным зеркалом, установленным на пре образователе перемещения, генератор синусоидального напряжения, соединенный с преобразователем перемещения подвижного зеркала интерферометра фотопреобразова ель ,предусилитель, блоки выделения первой и второй гармоник и блок вычисления, отличающееся тем, что, с целью

1

Изобретение относится к измерительной техникеi в частности к измерению величины дробной части интерференционной полосы в сдвиге интерференционной картины, и может быть использовано в производстве высокоточных измерительных систем координатно-измерительных машин, инструментальных микрос сопов и прецизионных станков.

Известен способ измерения дробной части интерференционной полосы, заключающийся в создании равномерного движения интерференционных полос интерференционной картины, фиксации оптических сигналов в двух точках измерения, преобразования оптических сигналов в электрические и измерении разности фаз электрических сигналов LVl

Однако этот способ не обладает высокой точностью измерения дробной части интерференционной полосы,так как на точность измерения оказывают сильное влияние возможные неравномерности в движении системы интерференционных полос и наличие обратного хода при возвращении системы в «сходное состояние.

Известно также устройство для измерения дробной части интерференционной полосы, состоящее из интерферометра , генератора синусоидального напряжения, соединенного с подвижным зеркалом интерферометра, фотопреобразователя, двух предусилителей, двух блокоё выделения первой гармоники сигнала фототока, двух

триггеров Шмидта и блока вычисления дробной части интерференционной полосы. С 23Недостатком устройства является ;невысокая точность измерения, так как на точность оказывает большое влияние нестабильность порога срабатывания триггеров и нестабильность амплитуды синусоидальной развертки.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения дробной части интерференционной полосы, заключающийся в том, что формируют инТерференционную картину в виде интерференционных полос, осущест вляют принудительные периодические перемещения полос по синусоидпльному закону в плоскости анализа, преобразуют .распределенйе освещенности лолос в плоскости

анализа в электрический сигнал и выделяют первую и вторую гармонические . составляющие электрического сигнала. В способе предусматривается также возможность квадратирования переменной

составляющей электрического сигнала СЗ

Недостатком способа является невысокая точность измерений, так как

в результате уже персого квадратировдния переменной составляющей в коэффициенте при второй гармонической составляющей появляется постоянный член, не зависящий от величины измеряемого параметра, при этом возможна ситуация,

когда этот Член будет больше амплитуды переменной составляю1ией в коэффициенте при второй гармонической составляющей, при этом нарушен алгоритм измерения. Известно такие устройство для из мерения дробной. части интерференцирн ной полось, соддрж её интерферометр с подвижным зер1салом, установленным на преобразователе перемещения, генер тор синусбидального напряжения, со- единенный с преобразователем гперемещения подвижного зеркала интерферометра , фртопреобразователfc, предусилитель, блоки выделения первой и второй гармоник и блок вычисления. Устрс ютво содержит также п квадратов, 3 . ; / Недостатком устройства являются неточности в формировании логической последовательности и нарушении алгоритма измерения. Из-за наличия прсле (свадратирования в сигнале составляю, щйх, независящих от величины переме. . Целью изобретений является повыше ние, точности Й3ме0еиия.. Подставленная цель достигается тем что согласно измерения дроб ной части интерференционной полосы определяют амплитудные значения:первой и второй гармонических составляющих 2 лектрическогЬ сигнала, знаки полуволн первой и ёторой гармонических составллшцйх в. момент времени, сортветстеукиций среднему значению периода принудит ел ьнЬ го перемеще-нмя : полЬс .а В(еяйчину дробной части йнтерфёреиционной полосы опредёляйТ по соЬтнсшению; (лда1 РЛ j i 1 К, - /(робная масть интерференциЬ 1ной полосы в долях ло. лосы;. - амплитудные значения первой и второй гармонических 50 соста впяющих элект pv tiecKOT ,.. . ;.. . ГО сигнала.;. -, , . ; ),3:j(AJJh функции Вессёля второго и - .шяъ .. fmfte rt.rt . r4-Af t первого порядка первого рода с аргументом Ajfj амплитуда периодического принудительного перемещения полос; 10 где ле нал где 9 fl - при совпадении знаков полуволг первой и второй гар Н я{ монических составлящих электрического сигнала; k-1 - при .несовпадении знаков полуволн первой и второй гар монических саставляющи с : электрического сигнала; Устройство для измерения дробж части интерференционной полосы снаб жено соединенным последовательно . первым амплитудным детектором И первым аналого-цифровым преобразователем первым блоком определения знака, соединенными послед6ваТ1ель.но вторым -амплитудным детектором и вторым аналд-V го-цифровым преобразователем, вторым . блоком определения знйка, блоком с равнения знаков, входы которого -Соединены с генератором СинусоиАа/1ЬНого напряжения и входами nepiabro ибТб- . рого блоков определения знак . { выход - с входом блока вычисленйяу к двум другим входам которого подключены соответст-венно выходы рервогб и ВТОРОГО аналого-цифробогопреобраг арвателя,выход предварительного усилителя соединен с входами блоков вм деления первой и второй гармоник, а выходы последних соединены соотйетственно с входами первого амплитудного детектора и первого аналого-цй фрового преобразователя и второго амплитудного детектора и второго йналого-цифрового преобразовтеля ; На чертеже представлена ок-схема устройства Для измерения дробной части интерференционной полосы. Способ .измерения .дробной части интерференционной полосы заключается в следующем. . . зеркало интерферометра пере- мещается по синусоидальному закону Asitiw-fc,, d - мгновенное смещение зеркала; А - амплитуда принудительнрго периодического перемещения интерференционных полос; , Л - длина волны; Ы - частота колебаний, тогда пос реобразования электрический сигр будет p 2oicos AJ s nu -t 2Klf3, i1) а - коэффициент, зависящий от мощности оптического изпучв. ния и от коэффициентов пре разования оптических и эле рических преобразователей; К - дробная часть интерференци онной) полосы в долях полос po()cos 2КЛ- 2Д,(М;зт 2КЛ ii9in(jJi-21(),2tiTl5 n i 232(A }co&2KJfcos2i fi 2:i(A1i} 2K7icos4-wt4... , (2) где 3.(Z) - функция Бесселя m-го по рядка 1-го рода с аргу ментом Z, Затем из электрического сигнала выделяется первая и вторая гармонические составляющие.Далее осуществл ется определение амплитудных значен этих гармонических составляющих Р Prt соответственно Р -/2о«а,(ЛЛ)31п2КЛ|, (3) Pj llaJ2(ATi}cos2(. W Знак абсолютной величины в соотношениях (З ) и (4) свидетельствует о том, что амплитудные значения определяются безотносительно к фазе упо мянутЫх гармонических составляючих. Далее определяются знаки полувол первой и второй гармонических составляющих в момент времени, соответ ствующий среднему значению периода принудительного перемещения полос. Из соотношения (2), в частности, сл дует, что непосредственно после момента времени значение первой и второй гармонических составляющих могут быть как отрицательными, так положительными. Следовательно, конкретизируя знак полуволн этих составляющих в момент времени , мож раскрыть неопределенность в соотношениях (З) и (4), что и сделано в соотношении f.W , 2л путем введения коэффициента М. Раскрытие неопределенности в соотношениях ( 3 ) и {| ) позволяет установить непосредственное направление смещения интерференционных полос (направление смещения объекта). . Путем деления правой и левой час тей соотношения (3 ) на соответствующие правую и левую части соотношения (i ) получаем результирующее соотношение для расчета параметра Р, p(A3)3in2KJij p p2{y437)oos2KJrj которое с учетом коэффициента Mi может быть преобразовано в соотношение (5) (операция деления является необходимой с точки зрения исключения влияния флуктуации параметра а), Устройство для измерения дробной части интерференционной полосы сое тоит из интерферометра 1 с подвижным зеркалом, установленным на преобра- зователе 2 перемещения, генератора 3 синусоидального напряжения,связанного с последним, соединенных последовательно фотопреобразователя , предусилителя 5 и первого и второго блоков 6 и 7 выделения первой и второй гармоник, соединенных входами первого и второго амплитудных детекторов 8 и 9, первого и второго аналого-цифрового преобразователя 10 и 11, блока 12 вычисления, первого и второго блоков 13 и I определения знака и блока 15 сравнения знаков, входами соединенного с последним и с генератором 3 синусоидального напряжения, а выходом - с блоком 12 вычисления, к другим входам которого подключены аналого-цифровые преобразователи 10 и 11. Устройство для измерения дробной I части интерференционной полосы работает следующим образом. Сигнал синусоидальной развертки поступает с выхода генератора 3 на преобразователь 2 перемещения подвижного зеркала интерферометра 1. Образующаяся на выходе интерферометра 1 интерференционная картина преобразуется в электрический сигнал фотопреобразователем 4.С выхода послед- него электрический сигнал фототока поступает на вход предусилителя 5. С выхода предусилителя 5 электрический сигнал поступает на входы двух блоков 6 и 7, настроенных на частоты первой и второй гармонических соеtавлякщих электрического сигнала. С выходов блоков 6 и 7 скгналы гар юиических состав. лякхцих поступ;ают на входы амплитудных детекторов & и 9, выходы которых соединены со уходами аналого-цифро. вых преобразователей 10 и 11. Сигналы с выходов аналого-цифровых преобразователбй 10 ИМ несущие информацию об эмплитуДных значениях первой и второй гармонических составляющих эле;ктриче6крго сигнала, поступают на два1 входа Snoica 12. - Сигналы с выходов GJIOKOB 6 и 7 : поступают также на входа двух блоков 13 и 1Л опредепенйя знака полу волны соответствующих гармонических составляющиху rfpHiieM в качестве блоkoB 13 и применяться аналогрвые компараторы, настроенные на

интерференционной полосы. ; нулевой уровень, срабат| 1ванмя. Логические уровни, .формирующимися ма выходах блоков 13 и И, яесут информацию о знаках гю пуволн и на два входа блока 15 сравнения знаков. На стробирущий вход этого блока по:ступает сигнал с генератора 3. По данным, полученным с аналого-цифровых: преобразователей 10 и 11 и блока 15« .- .ЛЛЛ - .-. - . .--:-..- . 2 вычисляет величину дробной /части порядка Интерференции. J Таким образом, за счет применения способа измерения дробной инте|И ((«ренционной полосы,реализуемого пред лагаемым усгройс.твом, обеспечивается возможность вычисления необходимого параметра, не прибегая к квгщратйрованию, следовательно повышается томность измерения. Так может быть определена, например 0,0101-0,0001 часть

и

1