Двухлучевой интерферометр для измерения перемещений объектов в трубах малого диаметра Советский патент 1983 года по МПК G01B9/02 

СЛ Ю 00 О1

Иэобретёние относится к иэмери-. тельной технике, а именно к классу интерферометров, и может быть использовано для прецизионного измерения перемещений различных объекTOg .абсолютным методом Б трубах малого диаметра, например в исследовательском канале ядерного реактора, наличии ионизирующих излучений и изменяющихся некоторым .образом в течение времени вдоль оси трубы температур.

Известен двухлучевой интерферометр для измерения перемещений объектов, включающий в себя источник света - лазер, телескопическую систему для расширения пучка лучей лазера, узел разделения и рекомбинации основного и опорного пусков лучей лазера, два фотоприемника с разделительной призмой и диафрагмами для реверсивно счета интерференционных полос и вижную и неподвижную триппель-призмы (уголковые отражатели, изготовленные в виде стеклянных тетраэдров), дос-i; тоинством которых является сохранени ширины и направления интерференцион,ных полос при небольших наклонах призмы, неизбежных при их перемещени 1или вследствие влияния условий окруУжающей среды ClJ.

Недостатком известного интерферометра является сложность изготовления этих призм, а также невозможность применения в условиях, влияющих на их оптические свойства, а именно в полях ионизирующих излучеНИИ или при наличии больших градиентов температур.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является двухлучевой интерферометр для иэмере ния перемещений объектов в трубах малого диаметра,.содержащий монохроматический источник света, узел разделения и рекомбинации основного и опорного пучков лучей, два фотоприемника для реверсивного счета интерференционных полос, узел отражателей опорного и основного пучков лучей, включаквдий два главных вогнутых и центральное зеркало.

Узел отражателей состоит из основ ной и опорной систем неплоских отражателей d параллельным ходом падающего и .отраженного лучей, каждая из которых содержит главное вогнутое и центральное зеркало, расположенное в фокусе главного зеркала,при- чем обе системы в узле расположены последовательно вдоль оси трубы. Главное вогнутое зеркало ближней к узлу разделения и рекомендации систе мы неппоских отражателей выполнено в виде сегмента,симметричного относительно его диаметра.Это обеспечивает одному из пучков лучей сквозной проход через ближнюю систему неплоских

отражателей и возможность отражения от дальней системы неплоских отражателей 2 ,

Однако известный интерферсметтв облсщает недостатком, связанным с разным положением опорной и основной систем нёплоских отражателей вдоль оси трубы. При изменении внешних условий (например, температуры) вдоль оси трубы в течение времени проведения исследований, что наблюдается в канале ядерного реактора, возникает погрешность измерения изза изменения расстояния между главными вогнутыми зеркалами узла отражателей, что снижает точность измерения.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в двухлучевом интерферометре для измерения перемещений объектов в трубах малого диаметра, содерЖсоди монохроматический источник света, узел разделения и рекомбинации основного и опорного пучков лучей, два фотоприемника для реверсивного счета интерференционных полос, узел отражателей опорного и основного пудков лучей, включаквдий два главных вогнутых и центральное зеркала, главные вогнутые .зеркала выполнены кольцеобразной и круглой формы с общим фокусом, расположены в одном поперечном сечепии трубы, центральное зеркало установлено в указанном общем фокусе, одно из главных вогнутых зеркал жестко связано с центральным зеркалом, а другЪе связано с центральным зеркалом с возможностью перемещения относительно него вдоль оси трубы.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема двухлучевого интерферометра для измерения перемещений объактов в трубах малого диаметра, на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел отражателей опорного и основного пучков лучей,

Двухлучевой интерферометр содержит монохроматический источник 1 света, узел разделения и рекомбинации основного и опорного пучков лучей, состоящий из плоских зеркал 2 - 4 и светоделительные пластины 5-7, узел отражателей опорного и основного пучков лучей, включающий в себя главное вогнутое зеркало 8 с отверстием в центре, диаметр которого равен диаметру второго главного вогнутого зеркала 9, расположенного в отверстии первого на одном с ним уровне, и центральное зеркало 10, расположенное в общем фокусе главных вогнутых зеркал 8 и 9, а также фотоприемники 11 для реверсивного счета интерференционных поJ10C . Двухлучевой интерферометр работа следующим образом. Двухлучевой интерферометр устана ливают Б трубу 12 малого диаметра. Пучок лучей монохроматического источника 1 света после.смацения зеркалом 2 делится по амплитуде светоделительной пластиной 5. Пучок 1 после отражения от главного вогнуто зеркала 8, центрального зеркала 10 и снова главного вогнутого зеркала 8 направляется на светоделительную пластину 7 с помощью зеркала 4. Пучок 11, направленный на главное вог нутое зеркало 9 с помощью зеркала 3, после отражения от главного вогнутого зеркала 9, центрального зеркала 10,и снова главного вогнутого зеркала 9 интерферирует с пучком 1 на светоделительной пластине 7. Интерферирующие пучки света направла-i J ютея с помощью светоделительной пластины 6 на фотоприемники 11, настроенные со сдвигом 7/2 относитель но интерференционной картины. При перемещении одного из главны вогнутых зеркал 8 или 9 вдоль оси трубы 12 на величину ,в изменяется оптическая разность хода опорного и основного пучков лучей I и 1 на величину 2 + 26 /cosoC где oL - угол между обью трубы 12 и направлением распространения пучка лучей, падающ го на центральное зеркало 10 от подвижного главного вогнутого зерка ,8 или 9, Зная число переместившихся интерференционных полос и длину во ны источника света Л, искомое перем щение определяется как 2t2/coSot Если выбрать радиус кривизны гла ных вогнутых зеркал 8 и 9 значител но больше, чем прицельный параметр р , Tool будет малой величиной и перемещение определяется по формуле .4« Вследствие того, что оба главных вогнутых зеркала 8 и 9 расположены на одном уровне по отношению к оси трубы 12 малого диаметра, погрешность от влияния внешних условий вдоль оси трубы 12 будет пренебрежимо малой. Так как оптический ход опорного и основного пучков света из-за малости радиальных участков пути определяется в основном только осевыми участками, .то данный интер)ферометр обеспечивает малую величину разности оптического хода опорного и основного пучков, что позволяет использовать источники света с небольшой длиной когерентости (нестабилизированные по частоте лазеры и т.п.) без дополнительных компенсаторов разности хода пучков лучей. Таким образом, предлагаемый интерферометр позволяет повысить точность измерения перемещений различных объектов, проведения метрологической аттестации преобразователей перемещений в трубах малого диаметра, например в канале ядерного реактора, за счет устранения погрешности, вызываемой влиянием внешних условий на величину расстояния между главными вогнутыми зеркалами узла отражателей . Наряду с этим данный интерферометр оказывается нетребовательным к такой характеристике источника света, как длина когерентности, что. позволяет использовать легкодоступные и относительно дешевые источники света, такие как нестабилизированные по частоте лазеры, ртутные лампы и т.п.

f2-4 n

аг. I

ДВУХЛУЧЕВОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТОВ В ТРУБАХ МАЛОГО ДИАМЕТРА, ссдержаций монохроматический источник света, узел разделения и рекслибинации основного и опорного пучков лучей, два фотоприемника для реверсивного счета интерференционных полос, узел отражателей опорного и основного пучков лучей, включёиспий два главных вогнутых и центральное зеркала, отличаюцийс я тем, что,с целью повышения точности измерения, главные вогнутые зеркала выполнены кольцеобразной и круглой формы с общем фокусом, расположены в одном поперечном сечении трубы, центральное зеркало установлено в указанном общем фокусе, одно яз главных вогнутых зеркал жестко свяi зано с центральным зеркалом, а другое связано с центральным зеркалом с возможностью перемещения относительно него вдоль оси трубы.