Устройство для измерения дробной части интерференционной полосы Советский патент 1985 года по МПК G01B21/00 G01B9/02 

с первым входом второго логического элемента И, второй вход которого и информационный вход счетчика подключены к выходу второго коммутатора, выход второго логического элемента И соединен с входами Установка нуля первого и второго триггеров, вход

блока умножения Подключен к выходу счетчика, выход блока умножения соединен с входом индикатора, выход первого формирователя соединен с входом Установка нуля счетчика,выходвторого формирователя- с вторым входомлогического эле1 ентай

УСТРОЙСТВО ЦЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДРОБНОЙ ЧАСТИ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ ПОЛОСЫ, содержащее оптически связанные источник монохроматическога излучения, интерферометр с узлом сканирования интерференционной картины-, первый-фотоприемник, два формирователя, два триггера, два логических элемента И, первый регистр памяти, .первый блок -сравнения, первый делитель частоты, счетчик и индикатор, вьгход узла сканирования интерференционной картины соединен с входом первого формирователя, выход которого соединен с входом Установка единицы первоготриггера, выход первого фотоприемника соединен с входом второго формирователя, выход первого триггера подключен к первому входулогического элемента И, о- т л ичающее с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено интерферометром с регулируемой ценой полосы, оптически связанным с источником монохромати-. ческого излучения, вторым фотоприемником, вторым регистром памяти,. вторым блоком сравнения и вторым делителем частоты, двумя блоками определения экстремума, двумя аналого-. цифровыми преобразователями, блоком умножения, входы первого блока определения экстремума и первого аналого-цифрового преобразователя подключены к выходу первого фотоприемника, входы второго блока определения экстремума и второго анало- . го-цифрового преобразователя- к выходу второго фотоприемника, выходы первого и второго блоков определения экстремума соединены соответственно с входами управления первого и второго коммутаторов-, выходы первого и второго аналого-цифровых преобразосл вателей соединены соответственно с информационнымивходами первого и второго регистров памяти и первыми входами первого и второго блоков сравнения, вторые входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго регистров памяти, 05 сл третьи входы - к выходам первого и второго триггеров, выходы первого 00 и второго блоков сравнения соединены 00 4 соответственно с входами первого и второго делителей частоты и с первыми информационными входами первого и второго коммутаторов, вторые информационные входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго делителей частоты, управляющий вход первого регистра памяти подключен к выходу первого формирователя, управляющий вход второго регистра памяти - к выходу первого логического элемента И и входу Установка единицы второго триггера, выход первого коммутатора соединен

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения микроперемещений различньк объектов.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для измерения дробной части интерференционной полосы; на фиг.2 - временные диагра мы сигналов на выходе отдельных блоков.

Устройство содержит источник 1 монохроматического излучения, интерферометр 2, интерферометр 3с регулируемой ценой полосы, фотопри- емники 4 и 5, блоки 6 и 7 определения экстремума, аналого-цифровые преобразователи 8 и 9. регистры 10 и 11 памяти, блоки 12 и 13 сравнения, коммутаторы 14 и 15, делители 16 и 17 частоты (с емкостью два), узел 18 сканирования интерференционной картины, первый формирователь 19, триггеры 20 и 21., второй формирователь 22, логические элементы И 23, 24, счетчик 25, блок 26 умножения и индикатор 27. Измеряется линейное перемещение объекта 28.

С объектом 28 связаны подвижные части интерферометра 2 и интерферометра 3 с регулируемой ценой полосы, источником света которых является источник 1 когерентного монохроматического излучения.На оптическом выходе интерферометра 2 установлен первый фотоприемник 4, а на оптическом выходе интерферометра 3 - второй фотоприемник 5.К . первому фотоприемнику 4 подключены первый блок 6 определения экстремума, первый аналого-цифровой .преобразователь 8 и второй формирователь 22, а к второму фотоприемнику .5 - второй блок 7 определения экстремума и второй аналогоцифровой преобразователь 9. С выходом первого аналого-цифрового преобразователя 8 соединен информационный вход первого регистра 10 памяти и первый вход первого блока 12 сравнения, а с выходом второго аналого-цифрового преобразовате9- аналогичные входы второго

ля 9 - аналогичные входы второго регистра 11 памяти и блока 13 сравнения. Выход первого регистра 10 памяти подключен к второму входу первого блока 12 сравнения, а выход второго регистра 11 - к втором входу второго блока 13 сравнения. Выход первого блока 6 определения экстремума связан с входом управления первого коммутатора 14, а выход второго блока 7 определения экстремума - с входом управления второго коммутатора 15. Информационные входы первого коммутатора 14 подключены к выходам первого блока 12 сравнения и первого делителя 16 частоты с емкостью два. Информационные входы второго коммутатора 15 подключены к выходам второго блока 13 сравнения и второ делителя частоты с емкостью два. Выходы блоков 12 и 13 «равнения соединены с входами делителей 16 и 17 частоты (с емкостью два). Первый и второй входы логического элемента И 24 подключены к выходам коммутаторов 14 и 15, а его выход связан с входами Установка нуля триггеров 20 и 21. Вход Установка единицы первого триггера 20, управляющий вход первого регистра

10памяти и вход Установка нуля 3 L-ч тчика 25 подключены к пе вого формирователя 19, а вход Установка единицы второго тригге ра 21 и управляющий вход второго р гистра 11 памяти соединены с выходом логического элемента И 23. Вто рой вход логического элемента И 23 подключен к выходу второго формирователя 22, а первый вход и третий вход первого блока 12 сравнения .- к выходу первого триггера 20. Выход-второго триггера 21 подключен к третьему входу второго блока 13 сравнения. С интерферометром 2 оптически связан узел 18 сканирования интерференционной картины, выход которого подключен к входу первого формирователя 19. С выходом второго коммутатора 15 соединен информационный вход счетчика 25, к выходу которого подключены последовательно соединенны блок 26 умножения и индикатор 27, В устройстве использован интерферометр 2, выполненный по схеме типа Майкельсона, и интерферометр 3с регулируемой ценой полосы, выполненный по модифицированной схеме Майкельсона с наклонным зеркалом. Устройство работает следующим образом. Перед измерением оно приводится в исходное состояние, при котором на выходах триггеров 20 и 21 форми руются уровни логического нуля. В процессе линейного перемещения объекта 28 одновременно с ним перемещаются подвижные части интер ферометра 2 и интерферометра 3 с регулируемой ценой полосы. Интерферометр 3 отрегулирован таким образом, что цена его интерференцион ной полосы незначительно меньше цены интерференционной полосы интерферометра 2. Фотоприемники 4и 5 преобразуют оптические сигна интерферометров 2 и 3 в гармоничес кие электрические сигналы, периоды следования которых соответствуют цене интерференционных полос указанных интерферомет юв. Аналого-ци ровые преобразователи 8 и 9 осуществляют периодическое преобразование поступающих на их входы синусо идально изменяющихся напряжений в цифровые коды. Блоки 6 и 7 опре- -деления экстремума формируют прямо 844 угольныъ импульсы при достижении электрическими сигналами, поступающими на их входы, максимальных и минимальных значений. Формирова- тель 22 формирует короткие прямоугольные масштабные импульсы, период следования которых соответствует периоду следования интерференционных полос интерферометра 2, причем их появление сведетельствует об окончании этого периода. Формирование масштабного импульса на выходе второго формирователя 22 может, быть привязано к произволь- . ному уровню электрического сигнала первого фотоприемника 4, например, максимальному, минимальному значениям, моменту пересечения нулевого значения. В устройстве формирователь 22 формирует короткие масштабные импульсы при прохождении гармонического сигнала на его входе через нулевые значения (фиг.2). В процессе сканирования интерференционной картины интерферометра 2 узлов 18 сканирования, первый формирователь 19 формирует командный импульс (фиг.2). Сформированный импульс поступает на управляющий вход первого регистра 10 памяти. При этом в регистр 10 вводится цифровой код, формируемый в этот момент времени на выходе первого аналого-цифрового преобразователя 8. Одновременно этот же импульс переключает первый триггер 20 в состояние логической единицы и поступает на вход установки нуля счетчика 25, записьшая в негонуль. вровень логической единицы с выкода триггера 20 поступает на третий вход первого блока 12 сравнения, являясь для него сигналом разрешения его работы. После прихода этого сигнала блок 12 сравнения формирует короткий импульс всякий раз, когда цифровой код на выходе аналого-цифрового преобразователя 8 совпадает с кодом, храняЕцимся в регистре 10 памяти (фиг,2). Сигнал разрешения с выхода первого триггера 20 поступает и на один из входов логического элемента 23 И. Первый масштабный импульс ,поступивший после этого на второй вход элемента И 23 с выхода второго формирователя 22, проходит .через логический элемент И 23 и поступает на управляющий вход второго регистра 11 памяти и вход Установка единицы второго триггера 21. При этом в регистр 11 памяти переписывается цифровой код, находящийся в этот момент на выходе второго аналого-цифровог преобразователя 9, а на выходе триггера 21 формируется уровень логической единицы, служащий сигна лом разрешения работы второго .блока 13 сравнения. После этого при каждом последующем появлении на первом входе блока 13 сравнения цифрового кода, совпадающего с кодом, записанным в регистр 11 па мяти и поступающим на второй вход блока 13 сравнения, последний формирует короткий прямоугольный импульс (фиг.2)„ Делители 16 и 17 частоты (с емкостью два) делят последовательности сигналов, поступающих на них с выходов соответствующих блоков сравнения, на два. На два информационные входы коммутаторов 14 и 15 поступают сиг налы с выходов блоков -12 и 13 срав нения и делителей частоты 1 б и 17 (с емкостью два). Если моменты при хода на первый информационный вход коммутатора 14 и 15 сигналов с блоков 12 и 13 сравнения совпадают с моментами поступления на его вход управления выходных импульсов блоков 6 и 7 определения экстремума, то на выходы коммутаторов 14 и 15 проходят сигналы с блоков 12 и 13 сравнения, Если же моменты Прихода на первые информационные входы коммутаторов 14 и 15 сигналов с соответствующих блоков 12, 13 сравнения не совпадают с. моментами поступления на их входы управ ления выходных импульсов блоков 6 и 7 определения экстремумов, на выходы коммутаторов 14 и 15 проходят сигналы с второго его информационного входа, т.е. выходные сигналы делителей 1 б и 17 частоты (с емкостью два), Из временных: диаграмм (фиг.2) видно, что мЪменты появления экстр мальных значений гармонического си нала с вьтхода первого фотоприемника 4 не совпадают по времени с приходом сигналов с выхода блока 1 сравнения, поэтому на выход перво884, б го коммутатора 14 проходят сигналы, поступающие на-второй его информационный вход с выхода первогоделителя 1 б частоты (с емкостью два). Моменты появлений экстремальных значений синусоидального сигнала с выхода второго фотоприемника 5 совпадают с приходом выходных сигналов второго блока 13 сравнения, поэтому на выход второго коммутатора 15 проходят сигналы, поступающие на его первый информационный вход, т.е. выходные сигналы второго блока 13 сравнения. Таким образом, на выходах коммутаторов 14 и 15 формируются последовательности электрических сигна|лов, период следования которых равен периоду интерференционных полос соответствующего интерферометра 2 и 3, а время появления сигналов соответствует моменту совпадения кодов аналогоцифрового преобразователей 8 и 9 с кодом,хранящимся в регистрах 10 и 11 памяти или с моментами времени, соответствующим экстремальному значению сигналов, cнимaeмьLм с интерферометров 2 и 3. При совпадении сигналов, поступающих с выходов коммутаторов 14 и 15, логический элемент И 24 форм11рует электрический сигнал (фиг.2). Этот сигнал поступает на входы Установка нуля триггеров 20 и 21, сбрасывая их в исходное состояние, при котором на их выходах формируется уровень логического нуля.При этом блокируются блоки 12 и 13 сравнения. Таким образом, сигнал, формируемый логическим элементом И 24 определяет момент времени, соответствующий нониусному сопряжению двух последовательностей сигналов с незначительно различающимися периодами, равными периодам интерференционных полос интерферометров 2 и 3 с регулируемой ценой полосы. В счетчике 25 накапливается число п импульсов, поступающих с выхода второго коммутатора 15, прошедших до момента нониусного сопряжения сигналов с обоих KOMt-iyTaTopoB. . Если - масштабный коэффициент интерференционных полос интерферометра 2, а &2- масштабный коэффициент интерференционных полос интерферометра 3 с регулируемой протяженностью 7 полосы, то при временной интервал от импульса, сформированного первым формирователем 19 до первого масштабного импульса,сформированног вторым формирователем 22, пропорцио нален п (Е,- gj). Дробная часть Д периода интерференционной полосы интерферометра 2 равна отношению, части ее периода между командным импульсом сформированным формирователем 19 и первьм масштабным импульсом 22, к всему Ьериоду 6i т.е. r4B,iM , 0) р Выражение (1) можно представить в виде и(Р е -К, (г) Ъ - tJ 7 Оо I/ - I . - постоянный е, - т; коэффициен .Блок 26 умножения осуществляет арифметическую операцию умножения числа, хранящегося в счетчике 25,на

(риг. 7 848 постоянный коэффициент К, в результате чего на индикаторе 27 индицируется число Д, равное дробной части интерференционной полосы интёрферометра 2. При этом заканчивается один цикл измерения дробной части интерференционной полосы, и устройство готово к следующему циклу, началом которого является формирование первым формирователем 19 следующего командного импульса. В устройстве величина дробной части интерференционной полосы определяется косвенным путем - путем подсчета импульсов с интерферометра с регулируемой ценой полосы, с последующим умножением полученного числа на константу. При этом период следования сигналов с интерферометра с регулируемой ценой полосы однозначно соответствует определенной доле волны используемого источника монохроматического излучения, т.е. отсутствует масштабная погрешность преобразования ..

f4

t 111 II I

U7

1

иги

т

Фиг.г