Интерференционный фазометр Советский патент 1983 года по МПК G01B9/02 

Иэобртение относится к контроль но-измерительной технике и может быть использовано в интерференцион приборах для измерения волновых аб раций оптических деталей и систем оптико-механических заводах, а так при интерферометрии плазмы и оптических неоднородностей в лаборатор ных и заводских установках. Известен интерференционный фазо метр, содержа1яий оптическую систему фотоприемник и анализатор сигналов Недостатками известного устройс являются ограниченные быстродейств и диапазон измерений. Наиболее близким к предлагаемому является интерференционный фазомет содержащий приемную оптическую сие тему, сканирующий фотопри.емник, анализатор сигналов и блок син хронизации 2, Недостатками известного устройст ва являются ограниченные диапазон и быстродействие измерений, В известном устройстве нельзя,обработат сложные интерферограммы, так как в этом случае невозможен принцип фильтрации,, что сужает диапазон исследуемых искажений, Цель изобретения - расширение диапазона и быстродействия измерений . Поставленная цель достигается те что в интерферемдионном фазометре, содержащем приемную оптическую систему, сканирующий фотоприемник., ана лизатор сигналов и блок синхронизации, приемная оптическая система содержит объектный и опорный каналы оптический смеситель и фотозатвор, а анализатор сигналов включает в себя блоки запаздывания, деления, извлечения квадратного корня, лога рифмирования, преобразователь Гильберта,синусоидальный и косинусоидальный преобразователи/два блока умножения, преобразователь координат, сумматор и источник отрицательного единичного сигнала, причем в объектном канале приемной оптической системы установлен фотозатво и оба канала совмещены на оптическом смесителе, а после него установлен сканирукяций фотоприемник, к которому последовательно подключены блоки згтаздывания, деления, извлечения квадратного корня, логарифмирования, преобразователь Гильберта выход которого соединен с входами преобразователя координат двумя параллельными цепями, первая из кот PEJX содержит -последовательно включенные косинусоидальный преобразова тель, блок умножения и сумматор, а вторая - синусоидальный преобразователь и другой блок умножения, при этом вторые входы блоков умножения соединены с выходом блока извлечения квадратного корня, второй вход сумматора соединен с источником отрицательного единичного сигнала, второй выход сканирующего фотоприемника соединен с вторым входом блока деления, а блок синхронизации соединен с фотозатвором, блоком запаздывания и сканирующим фотоприемником. Использование двухканальной оптической системы со смесителем и фотозатвором позволяет, обходясь одним сканирующим фотоприемником, учесть неизвестные возмущения в опорной волне, а использование пере численных блоков аналоговой обработки сигнала позволяет по интенсивности опорной и объектных волн определить как фазу, так и интенсивность световой волны в любой ее точке без определения положения максимумов (минимумов) интер-Ференционной картины, что в совокупности позволяет расширить рабочий диапазон и быстродействие фазометра при одновременном увеличении пространственного разрешения и сохранении точности измерений. На чертеже представлена схема работы устройства. Устройство содержит прие1иную оптическую систему, имеющую оптические каналы 1 и 2, причем оптический канал 1 через фотозатвор 3, поворотное зеркало 4 иоптический смеситель 5 совмещен с оптическим каналом 2, на оси которого после оптического смесителя 5 расположен сканирующий фотоприемник б, выход которого подключен к блоку 7 запаздывания, Далее последовательно подключены блок 8 деления, блок 9 извлечения квадратного корня, блок 10 логарифмирования, преобразователь Гильберта 11, который через косинусоидальный функциональный преобразователь 12 и блок 13 умножения подключен к одному из входов сумматора 14, с вторым входом которого соединен источник 15 отрицательного единичного сигнала, его выход соединен с одним из входов преобразователя 16 координат, другой вход преобразователя 16 кооринат через блок 17 умножения и синусоидальный функциональный преобразователь 1Й подключен к выходу преобразователя Гильберта 11, Причем вторые входы блоков 13 и 17 умножения соединены с выходом блока 9 извлечения квадратного корня. Кроме того, другой выход сканирующего фотоприемника б соединен непосредственно с входом блока 8 деления, а фотозатвор 3 связан с блоком 19 синхронизации, который одним своим выходом подключен к блоку 6 сканирования, а другим - к блоку 7 запаздьшания,Совокупность блоков 7-18 представляет собой анализатор сигналов. Интерференционный фазометр работает следующим образом. По оптичеокому каналу 1 поступае объектная волна, прерываемая фото затвором 3, выполненным, например, в виде обтюратора, и после отражения от повторного зеркала 4 поступа ет на оптический смеситель 5. По оптическому каналу 2 по-тупает опор ная волна, которая совмещается в оптическом смесителе 5 с объектной волной, образуя интерференционную , которая сканируется блоком 6, Ттредставляющим собой сканирующий фотоприемник, например дис ектор, с синхронизуемыми развертками, сигнал с блока 6 посту пает вблок 7 запаздывания, где задерживается на время, задаваемое блоком 19 синхронизации. Блок запаздывания может быть выполнен, например, в виде линии задержки либр в виде набора синхронизуемых элементов памяти. Работа блока 6 сканирования и блока / запаздывания синхронизуется блоком 19 таким, образом, чтобы сигнал из блока 6,соответствукяций интерференционной картине на смесителе 5 и полученный в момент, когда канал 1 не перекрывается фотозатвором (обтюратором) 3, задерживается блоком 7 запаздывания на время, необходимое для сканирования опорной волны из канала 2. Причем канал 1 перекрывается фотозатвором 3. Введение в фазометр фотозатвора 3 и блока 19 синхронизации позволяе обходиться только одним блоком 6 сканирования. Таким образом, сигналы с второго выхода блока б сканирован и с выхода блока 7 запаздывания сов мецаются во времени-и одновременно поступают в блок 8 деления, где определяется их отнсяиение. Далее сигнал с выхода блока 8 деления поступает в блок 9 извлечения квадратного корня, а затем в логарифмический преобразователь 10, определяющий натуральный логарифм сигнала Прологарифмированный сигнал поступает .в блок 11, где подвергается преобразованию Гильберта, Преобразователь Гильберта 11 представляет собой линейный фильтр с импульсной характеристикой l/t. С выхода преобразователя 11 сигнал идет по двум jcaHajiaM. По одному из них он поступает на вход косинусоидального функционального преобразователя 12. После блока 12 сигнал поступает в блок 13 умножения, где умножается на сигнал с выхода блока 9 извлечения квгщ ратного корня, а с выхода блока 13 сигнал подается на один из входов сумматора 14. На другой вход сумматора 14 поступает отрицательный единичный сигнал из блока 15, ас выхода сумматора 14 сигнал поступает на один из входов преобразователя 16 координат. Одновременно на второй вход преобразователя 16 поступает сигнал из блока 17 умножения, в котором сигнал с выхода блока 9 извлечения квадратного корня умножается на сигнал g выхода синусоидального преобразователя 18, на вход которого поступает сигнал, идущий по другому каналу от преобразователя Гильберта 11. При этом преобразователь 16 координат преобразует входные декартовы координаты, а именно сигналь с блоков 14 и 17,в выходные - полярные координаты, т.е. амплитуду и фазу объектной волны. Электрические сигналы с блоков 14 и 17 можно представить в виде (tteos i/(t) и V-A(t; Sin SCt/ .A преобразователь 16 выполняет оперс.ции над этими сигналами в соответствии с выражениями/1(t/ l|u((t/, V( где 4(t) - фаза объектной волны; А (-t) - амплитуда объектной волны; F - оператор вычисления арктангенса по модулю 27. Работа интерференционного фазометра основана на детерминированной взаимосвязи между интенсивностью и фазой световой волны. Для фазы Ф(2) и амплитуды световой волны/4(2), измеренных в точке 2, имеют (гЯ ,., Ф(г) р 2-2 где Р - главное значение интеграла в смысле Коши, а сам интеграл пред-. ставляет собой преобразование Гильберта от логарифма амплитуды. В применении к интерференционной картине можно, основываясь на ее математическом описании для интенсивности поля интерференции,, записать: ((2/e f l fi4cv(,e(| где А - измеряемая величина интенсивности;а(2) - амплитуда объектной волны; VUJ - фаза объектной волны; Ф(г) - фаза, определяемая через преобразование Гильберта. Это условия, при которых указанная система уравнений имеет едиТГствённое. ешение. Основываясь на приведенной теории, разрабатывают алгооитм восстановле- . ия фазы и амплитуды объектной волны рименительно к интерферотлетрии.. Изобретение позволяет испсшьзо- . ать простую цифроаналоговую обработку сигнала и получить в реальном времени на выходе фазометра фазу и

51052850

амплитуду, вносимую исследуемым рбъ-детали, а набор таких профилей позектом в световую волну. Например,валяет получить карту детали, что

при подключении осциллографа можнорешает задачу оперативного техиолонаблюдать профиль контролируемойгического контроля оптики.

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ ФАЗОМЕТР, содержащий приемную оптическую систему, сканирующий фотоприемник, анализатор сигналов и блок синхронизации, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона и быстродействия измерений амплитуды и фазы световой волны, приемная оптическая система содержит объектный и опорный каналы, оптический смеситель и фотозатвор, а анализатор сигI налов включает в себя блоки запаздывания, деления, извлечения квадратного корня, логарифмирования, преобразователь Гильберта, синусоидальный и косинусоидальный преобразователи, два блока умножения, преобразователь координат, сумматор и источник отрицательного единичного сигнала, причем в объектном канале приемной .оптической системы установлен фотоэатвор и оба канала совмещены на оптическом смесителе, а после него установлен сканирующий фотоприемник, к которс лу подключены последовательно блоки запаздывания, деления, извлечения квадратного корня и логарифмирования, преобразователь Гильберта, выход которого соединен с входами преобразователя координат двумя параллельными цепями, первая из которых содержит последовательно включенные косинусоидальный преобразователь, блок умножения и сумматор,а вторая синусоидальный преобразователь и ДРУ гой блок умножения,при этом вторые входы блоков умножения соединены с выходом блока извлечения квадратного корня,второй вход сумматора соединен с источником отрицательного единичного сигнала,второй выход сканирующего 4отоприемника соединен с вторьви входом блока деления, а блок синхронизации соединен с фотозатворсм, блоком запаздывания и сканирующим фотоприемником.