Устройство для измерения перемещения объектов и показателей преломления прозрачных сред Советский патент 1985 года по МПК G01B11/00 G01B9/02 

v4

СО

Изобретение относится к измери.тельной технике, а именно к интерференционным измерениям, и может использоваться для прецизионных измерений перемещений объектов и изменений показателей преломления прозрачных сред.

Целью изобретения вляется повышение точности измерения, а также повьшение точности измерения изменений показателя преломления . прозрачных сред.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для измерения перемещений объектов и показателей преломления прозрачных сред| на фиг.2 - взаимное расположение отражателя измерительного плеча и объема с заданной оптической длиной.

Устройство дпя измерения перемещения объектов и показателей преломления прозрачных сред содержит ис точник 1 когерентного излзтения и интерферометр 2, который включает в себя установленные на пути распространения луча светоделитель 3, отражатель 4 и модулятор 5, образующие опорное плечо, отражатель 6 и оптический злемент 7, образующие измерительное плечо, расщепитель.,8 луча, установленный между источником 1 когерентного излучения и интерферометром, два фотоэлектрических преобразователя, каждый из которых состоит из фотоприемника 9 или 10 и формирователя It или 12 соответственно. Входы формирователей 11 и 12 соединены с выходами соответствующих .фотоприемников 9 и 10, а их вькоды с вычислительным блоком 13.

Расщепитель 8 луча вьшолнен в виде призмы, преимущественно из дву- лучепреломпяющего материала. Оптический элемент 7 для измерения перемещений выполнен аналогично отражателю 6, например в виде трйпельпризмы, Дпя измерений изменения показателя преломления прозрачньйс сред опти- ческий элемент 7 выполнен в виде объема с заданной оптической длиной, например в виде стеклянного столбика, В качестве источника.1 когерентного излучения используется одночастотный лазер.

Устройство работает следующим образом.

Коллимированный пучок света от источника 1 когерентного излучения,,

проходя расщепитель 8 луча, делится на два параллельно распространяющихся пучка. Светоделитель 3 разделяет каждый изпадающих пучков света на два луча. Отраженные от светоделителя 3 лучи направляются на отражатель 4 и модулятор 5. В измерительном плече лучи распространяются к отражателю 6 и оптическому элементу 7, Возвращенные от этих элементов, лучи пространственно совмещаются на светоделителе 3 с соответствующими лучами света, возвращенными светоделителем 4, и интерферируют. Образовавшиеся на выходе интерферометр

2две пары интерференционных полей регистрируются фотоприемниками 9 и 10, электрические сигналы от которых преобразуются формирователями 11 и 12 в счетные импульсы. Эти импульсы поступают в вычислительный блок 13, где обрабатьтаются в соответствии с заданной программой.

Одна пара образующихся интерференционных полей отражает изменения разности оптических длин опорного плеча (оптического пути от светоделителя

3до отражателя 4) и измерительного плеча (оптического пути от светоделителя 3 до отражателя 6). Другая пара образующихся интерференционньг полей отражает изменения разности оптических длин опорного плеча и измерительного плеча, образованного

за счет введения оптического элемента 7. В вычислительном блоке 13 из одного полученного результата постоянно вычитают другой, так что регистрируется изменение разности оптических путей (света) в измерительном плече. При измерении линейных перемещений это оптическая длина между отражателями 6 и 7.

Перемещения отражателя 4 опорного плеча с помощью модулятора 5 и изменение под действием внешних условий показателя преломления среды (заполняющей пространство между светоделителем 3 и отражателем 4, а также между светоделителем 3 и оптическим элементом 7) приводят к синхронному изменению фаз интерференционных сигналов и возникновению в формирователях 11 и 12 одинакового числа .счетных импульсов. Разность числа импульсов, получаемая в вычислительном блоке 13, равна нулю, и по казания устройства остаются прежними Изменение оптической длины между отражателями 6 и 7, например, путем перемещения отражателя 6 измерительного плеча приводит к различному изменению фаз интерференцион-, ных сигналов, что, в свою очередь, веДет к формированию различного числа счетных импульсов в формирователях 11 и 12. По разности числа счетных импульсов в вычислительном блоке 13 рассчитьюается величина перемещения отражателя 6 относительно опти ческого элемента 7. При измерении изменений показател преломления прозрачных сред геометрические пути лучей одинаковы и в измерительном плече. Оптические же пути у лучей различны: путь одного луча (сМофиГо2) проходит через ис774следуемую среду (он при изменении по-, казателя преломления соответственно меняется), а другого - через объем с заданной оптической длиной, которая практически остается постоянной. Изменение разности этих оптических путей вызьшает различные изменения фаз интерференционных сигналов. После преобразования в счетные импульсы и обработки в вычислительном блоке 13 им ставится в соответствие величина изменения показателя преломления относительно начального (нулевого) отсчета. Таким образом, устройство обеспечивает автсматический учет изменения нескомпенсированной длины интерферометра, что увеличивает Точность измерения.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТОВ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНЫХ СРЕД, содержащее источник когерентного излучения, интерферометр, включающий светоделитель, отражатель, образующий измерительное плечо, отражатель и модулятор, образующие опорное плечо, два фотоэлектрических преобразователя и вычислительный блок, соединенный с преобразователями, отличающееся тем, что, с целые повышения точности измерения, оно снабжено оптическим элементом, расположенным между светоделителем и отражателем, образующим светоделительное плечо, и расщепителем луча, установленным между источником когерентного излучения и интерферометром. 2. Устройство по n.t отличающееся тем, что, с цепью повышения точности измерения изменений показателя преломления прозрачных сред, оптический элемент вьтолнен в ввде объема с заданной оптической длиной.

Фиг. 2