Устройство для измерения длин Советский патент 1986 года по МПК G01B21/00 

t

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к интерферометрам, предназначенным для поверки лазерных измерителей перемещений, прецизионных измерений длины в приборостроении, машиностроении, экспериментальной физике.

Целью изобретения является повышение достоверности и производительности измерений за счет одновремен- ного измерения по нескольким длинам волн излучений.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения длин,} на фиг. 2 - временные зависимости сиг- налов элементов схемы.

Устройство,для измерения длин со,- держит источник 1 монохроматических излучений, например частотно-стабилизированный многоволновой лазер, интерферометр 2 (например, Майкель- сона), светоделительную оптическуто систему 3 и узкополосные интерференционные фильтры. 4, расположенные на выходе интерферометра 2, пьезо- керамический элемент 5, жестко связанный с отражателем 6 опорной ветви интерферометра 2, генератор 7 синусоидальных сигналов,.генератор 8 пилообразного напряжения, измеритель ные каналы, каждый из которых состоит из фотоприемнйка 9 расположенного -на выходе интерферометра, узкополосного усилителя 10 с синхронным детектором на выходе, дискриминатора VI нулевого уровня, соединенного с выходам синхронного детектора, и аналогового запЬминающего элемента 12, селектор-мультиплексор 13, аналого-цифровой преобразователь (АДП) 14, вычислительный блок 15.

Пьезоэлемент 5 соединен с выходом генератора 7 и аналоговым выходом генератора 8. Кроме того, аналоговый выход генератора 8 соединен с сигнальными входами запоминаюн(их элементов 12, а ЦИФРОВОЙ выход генератора 8 - с управляющими входами селектора-мультиплексора 10. Генератор 7 подключен также к управляющим входам синхронных детекторов усилителей 10. Управляющие входы запоминающих элементов 12 соединены с выходами дискриминаторов 11 нулевого уровня, выходы - с сигнальными входами селектора-мультиплексора 13, выход которого соединен с входом

1 i

ЦП 14, подключенного к вычислительому блоку 15.

Устройство работает следуюпщм бразом.

На пьезоэлемент 5 поступает от генератора 7 переменное напряжение частотой, превышающей по крайней мере на порядок частоту пилообразного напряжения, вследствие чего осуществляется модуляция разности хода. На пьезоэлемент 5.поступает также обра:зное напряжение (фиг.2, график U ) от генератора 8, вызывающее смещение отражателя 6, например, в сторону уменьшения разности хода, причем максимальное смещение несколько превышает половину наибольшей длины волны. Напряжения на выходах син- хронных .детекторов (фиг. 2 графики 11,1)4 ) при этом изменяется по синусоидальному закону с периодами, пропорциональными длинам волн. В моменты времени, когда измеряемая длина кратна половинам длин, в дискриминаторах 11 нулевого уровня формируются импульсы (фиг. 2, графики 11, ,.. ., и ) , управляющие запоминающими элементами 12. В указанные моменты значения пилообразного напряжения и,п,,..., запоминаются в соответствующем запоминающем элементе 12. Во время обрат- ного хода пилообразного напряжения с помощью селектора-мультиплексора 13, управляемого сигналами с цифрового выхода генератора 8, произвоится считывание сигналов запоминающих элементов. При этом сигналы ,

2n п последовательно поступают на АЦП 14. Сигналы с выхода АЦП в заданной последовательности поступают в вь числительный . Предварительно р вычислительный блок вводятся значения длин волн, напряжений CQ, , (Ig, , U Q, и Uo4 при которых пьезоэлемент смещает отражатель на половину соответствующей длины волны, а также ориентировочное значение измеряемого расстояния. В вычислительном блоке производится вычисление измеряемого расстояния с помощью метода совпадения дробных, частей. Дробные части порядков интерференции вычисляют по формуле 8; (Jj, / Uj,; , где i - номер излучения.

S1

Формула изобретения

Устройство для измерения длин, содержащее источник монохроматических излучений, интерферометр, пьезо- элемент, связанный с отражателем опорной ветви интерферометра, измерительный канал, состоящий из соединенных последовательно фотоприемников и узкополосного усилителя с син- кронным детектором, генератор синусоидальных сигналов, подключенный к пьезозлементу, и вычислительный блок, отличающееся тем, что, с целью повышения достовер нести и производительности измерений оно снабжено снетоделительной оптической системой, расположенной на выходе интерферометра, дополнительными измерительными каналами, каждый из которых состоит из фотоприемника, узкополосного усилителя с синхронным детектором, подключенного к его выходу, дискриминатора нулевого уровня, соединенного с вьгходом синхронного детектора узкополосного усилителя, и аналогового запоминающего элемента, управляющий вход которого соединен с выходом дискриминатора нулевого уровня, соединенны- ми последовательно селектором-муль

5 0 5 0

5

типлексором и аналого-цифровым преобразователем, подключенным к вычислительному блоку, генератором пило- . образного напряжения,узкополосными интерференционными фильтрами, установленными перед соответствующими фотоприемниками измерительных каналов, число фильтров и изме ритёль - ных каналов равно числу длин волн, источника монохроматических излучений, первый измерительный канал снабжен дискриминатором нулевого уровня, соединенным с синхронным детектором узкополосного усилителя, и аналоговым запоминающим элементом, управляющий вход которого соединен с выходом дискриминатора, аналоговый вы-« ход генератора пилообразного напряг. жения соединен с вторым входом г пьезоэлемента и с сигнальными входами аналоговых запоминающих, элементов измерительньк каналов, сигнальные: входы селектора-мультиплексора соединены с выходами аналоговых запоминающих элементов измерительных кана- : лов, а заправляющие входы - с цифровыми выходами генератора пилообразного напряжения, генератор синусоидальных сигналов подключен к входам синхронных детекторов узкополосных усилителей каналов.

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение достоверности и производительности измерений за счет одновременного измерения по нескольким длинам волн излучения. Устройство, содержащее интерферометр 2 и идентичные каналы с узкополосными интерференционными фильтрами 4 по числу длин волн излучения, генератор 8 пилообразного напряжения и дискриминатор 1t нулевого уровня в каналах, позволяет одновременно регистрировать излучения с различными длинатуи волн, а тарсже благодаря наличию запоминающих элементов я селектора-мультиплексора для считьг- вания сигналов, проводить одновременно измерение дробных ча:стей для различных длин волн компенсационньш модуляционным методом.. 2 ил. сл с:

«

,

Редактор И.Шулла

fffft.

Составитель Е.Глазкова Техред И.Попович

5112/39

Тираж 670Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Л.Патай