УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ ПОРЯДКА ИНТЕРФЕРЕНЦИИ Советский патент 1994 года по МПК G01J9/02 

Изобретение относится к оптикоинтерференционным средствам измерений и может быть использовано для регистраций изменений порядка интерференции в различных типах интерференционных рефрактометров.

Целью изобретения является увеличение помехоустойчивости измерений в условиях слабоосвещенных интерференционных картин.

Функциональная схема устройства приведена на фиг. 1; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы.

Устройство содержит фотоэлектрический интерферометр 1, включающий оптически связанные монохроматический источник 2 излучения, установленный на входе интерферометра 3, модулятор 4 оптической разности хода, фотоприемник 5 и генератор 6 пилообразного сигнала, блок регистрации дробной части порядка интерференции 7, состоящий из формирователей 8 и 9, входами подключенных соответственно к выходам фотоприемника 5 и генератора 6, из генератора 10 импульсов и схемы 11 формирования импульсных последовательностей, три входа которой подключены соответственно к выходам генератора 10 и формирователей 8 и 9, и имеющий информационный и стробирующий выходы (соответственно выходы схемы 11 и формирователя 9), блок 12 усреднения, состоящий из первой и второй ключевых схем 13 и 14, первой и второй схем 15 и 16 деления, регистра 17 памяти, схемы 18 сравнения и счетчика 19 импульсов и имеющий два информационных входа (вход схемы 13 и счетчика 19 соответственно), два входа перезаписи (два входа регистра 17), информационный выход (выход схемы 14) и выход сравнения (выход первой ключевой схемы 13). Первый выход схемы 13 также соединен с входом первой схемы 15 деления, вход которой соединен с первым входом схемы 14, второй вход которой подключен к второму выходу схемы 15. Ключевые схемы 13 и 14 имеют также управляющие входы ручной установки, а схема 18 сравнения имеет вход управления, выход счетчика 19 соединен с входом стробирования регистра 17, первый выход которого соединен с первым входом схемы 18 сравнения, а второй выход соединен с входом второй схемы 16 деления, выход которой соединен с вторым входом схемы 18 сравнения, выход которой соединен с управляющими входами ключевых схем 13 и 14. Кроме того, устройство содержит первый счетчик импульсов 20 с информационным, корректирующим, стробирующим входами и выходом, второй счетчик 21 импульсов, блок 22 сравнения кодов с двумя входами и выходом и блок 23 регистрации целой части порядка интерференции, включающий регистр 24 памяти, счетчик 25, схему 26 сравнения и имеющий выходы перезаписи и сравнения (соответственно выходы счетчика 25 и регистра 24). Входы регистра 24 памяти и первый вход схемы 26 сравнения подключены к выходу счетчика 20, а выход регистра 24 соединен с вторым входом схемы 26 сравнения, два выхода которой соединены с двумя входами счетчика 25.

Информационный выход блока 7 соединен с первым информационным входом блока 12, стробирующий выход блока 7 соединен с вторым информационным входом блока 12 и через счетчик 21 подключен к стробирующему входу счетчика 20, два входа перезаписи блока 12 подключены соответственно к выходам перезаписи блока 23 и счетчика 20, информационный выход блока 12 соединен с информационным входом счетчика 20, а выход сравнения блока 12 соединен с первым входом блока 22 сравнения кодов, второй вход которого подключен к выходу сравнения блока 23, а выход соединен с корректирующим входом счетчика 20. Кроме того, блок 12 характеризуется наличием входа установки (входы установки схем 13 и 14).

Устройство работает следующим образом.

Фотоэлектрический интерферометр 1 с помощью источника 2 излучения, оптической схемы 3, модулятора 4, фотоприемника 5 и генератора 6 формирует на двух своих выходах электрические аналоговые сигналы, поступающие на два входа блока 7 регистрации дробной части порядка интерференции. Сигнал на выходе фотоприемника 5 образуется в результате формирования на входе фотоприемника 5 интерференционной картины, периодически смещаемой с помощью модулятора 4 и генератора 6.

Сигналы генератора 6 и фотоприемника 5 поступают соответственно на входы формирователей 8 и 9, которыми преобразуются импульсные сигналы. Генератор 10 импульсов формирует тактирующие импульсы. На выходе схемы 11 формирования импульсных последовательностей, построенной на основе схемы И, формируются последовательности импульсов, при этом число импульсов А_i в каждой последовательности импульсов оказывается пропорциональным фазовому сдвигу между сигналами на выходах 8 и 9, т. е. пропорциональными текущему значению дробной части порядка интерференции.

В процессе измерения устройство функционирует в двух режимах: в режиме накопления информации с быстрым изменением оптической разности хода в плечах интерферометра и в режиме точного измерения, когда оптическая разность хода изменяется незначительно.

В режиме накопления информации каждая очередная импульсная последовательность, формирующаяся на информационном выходе блока 7 и состоящая из А импульсов, передается на первый информационный вход блока 12. Блок 12 усреднения с входящими в него двумя ключевыми схемами 13 и 14, двумя схемами 15 и 16 деления, регистром 17 памяти, схемой 18 сравнения и счетчиком 19 импульсов, осуществляет усреднение результата регистрации блока 7. При этом импульсная последовательность, состоящая из А импульсов, передается через ключевые схемы 13 и 14 на информационный выход блока 12 и далее на информационный вход первого счетчика 20 импульсов, осуществляющего совместно с блоками 7 и 12, вторым счетчиком 21 и блоком 22 сравнения кодов измерение дробной части порядка интерференции. Целая часть порядка интерференции определяется с помощью блока 23 регистрации целой части порядка интерференции с входящими в него регистром 24 памяти, счетчиком 25 и схемой 26 сравнения. Каждая вновь пришедшая на счетчик 20 импульсная последовательность передается далее на блок 23 регистрации целой части порядка интерференции (в виде числа А_i), где схемой 26 сравнения сравнивается с предшествующей импульсной последовательностью (числом А_i-1), состоящей из А_i-1 импульсов и запомненной в регистре 24 памяти блока 23, по результатам сравнения схемой 26 формируется управляющий сигнал, поступающий на один из входов счетчика 25, предназначенного для регистрации числа целых порядков интерференции. Одновременно каждая импульсная последовательность, несущая информацию о текущем значении дробной части порядка интерференции, подается на первый вход перезаписи блока 12.

Регистрация целых порядков интерференции осуществляется следующим образом. Период Т (период сигнала фототока) делится условно на три приблизительно равные зоны (например, при Р= 1000 Т/Т₁, где Т₁ - период генератора 10, первой зоне соответствуют числа от 0 до 320, второй зоне - от 321 до 640, третьей зоне - от 641 до 999). При этом, если очередное число А_i, записанное в счетчик 20, относится к первой зоне, а предшествующее число А _i-1, записанное в регистре 24 блока 23, относится к первой или второй зоне, то управляющий сигнал формироваться не будет; если очередное число А_i относится к первой зоне, а предшествующее число А_i-1 относится к третьей зоне, то будет сформирован управляющий сигнал, направленный на уменьшение содержимого счетчика 25 блока 23 на единицу; если записанное число А_i относится к второй зоне, а предшествующее число А_i-1 относится к любой из трех зон, то управляющий сигнал не формируется; если записанное число А_i относится к третьей зоне, а предшествующее число А_i-1 к третьей или второй зоне, то управляющий сигнал не формируется; если записанное число А_i относится к третьей зоне, а предшествующее число А_i-1 к первой зоне, то формируется управляющий сигнал, направленный на увеличение содержимого счетчика 25 блока 23 на единицу.

Следует отметить, что период сигнала модуляций Т генератора 6 выбирается таким образом, что за один период Т порядок интерференции менялся не более, чем на 0,33. При этом на каждом периоде Т текущее значение целой части порядка интерференции подается на второй вход перезаписи блока 12.

В режиме точного измерения импульсные последовательности с информационного входа блока 12 подаются через первую ключевую схему 13 на вход первой схемы деления 15 (с коэффициентом деления М) и далее через вторую ключевую схему 14 на информационный вход первого счетчика 20 импульсов. В течение М периодов, число которых фиксируется с помощью второго счетчика 21 импульсов, в счетчике 20 накапливается информация об усредненном значении числа А₁-А. По истечении М периодов счетчик 21 формирует синхроимпульс, поступающий на стробирующий вход счетчика 20, после этого усредненное значение А_j подается на первый вход сравнения схемы 26 сравнения блока 23, где сравнивается с предшествующим значением А_j-1 (или А_i-1), записанным в регистре 24 блока 23 и поступающим на второй вход сравнения схемы 26. По результатам сравнения в соответствии с описанным способом формируются управляющие сигналы, поступающие на счетчик 25 блока 23.

В режиме точного измерения каждая вновь сформированная импульсная последовательность поступает с первого информационного блока 12 через первую ключевую схему 13 и выход сравнения блока 12 на первый вход блока 22 сравнения кодов. На второй вход этого блока подается сигнал с выхода сравнения блока 23 (выход регистра 24 памяти); этот сигнал несет информацию об усредненном результате предшествующего измерения. При этом, если предшествующее число А_j-1, записанное в регистре 24 блока 23, соответствует первой зоне, а вновь полученное число А_i, поступающее с выхода сравнения блока 12, соответствует первой или второй зоне, то блок 22 формирует корректирующий сигнал (импульсную последовательность, состоящую из 1000/М= Р/М импульсов), поступающий на корректирующий вход счетчика 20, и суммирующийся с сигналом, поступившим на информационный вход счетчика 20; если предшествующее число А_j-1 соответствует первой зоне, а полученное число А_i - третьей зоне, то корректирующий сигнал формироваться не будет; если предшествующее число А_j-1 соответствует второй зоне, то корректирующий сигнал формироваться не будет; если предшествующее число А_j-1 соответствовало третьей зоне, а полученное число А_i второй или третьей зоне, то корректирующий сигнал формироваться не будет; если предшествующее число А _j-1 соответствовало третьей зоне, а поступающее число А_i первой зоне, то будет сформирован корректирующий сигнал, аналогичный упомянутому (1000/М= P/М). При этом емкость счетчика 20 составляет Р-1 = 999. Решение об изменении режима регистрации порядка интерференции, переход от режима накопления информации к режиму точного измерения, принимается на основе анализа текущих значений порядка интерференции В_i. С этой целью при работе устройства в режиме накопления информации в регистре 17 блока 12 на каждом периоде Т запоминаются текущие значения порядков интерференции (подаются на регистр 17 через входы перезаписи блока 12) и, по истечении D периодов, число которых фиксируется с помощью счетчика 19, на выходе последнего формируется синхроимпульс, поступающий на синхровход схемы 16 деления. После прихода синхроимпульса схема 16 выдает на первый вход схемы 18 сравнения усредненное за D периодов значение В. Схема 18 сравнения осуществляет сравнение усредненного значения В последовательно с запомненным в регистре 17 блока 12 значениями В, при этом, если в результате сравнения окажется, что существует хотя бы одно значение В_i не удовлетворяющее соотношению (В-B_i) ≅ Δ , (где Δ - заданное число), то схема 18 сравнения не будет формировать управляющие сигналы на ключевые схемы 13 и 14 и изменения режима работы устройства происходить не будет. Если же вышеприведенное соотношение будет выполняться для всех значений В_i, то схема 18 сформирует управляющие сигналы, изменяющие режим работы устройства. Величина параметра Δ на практике может выбираться равной половине ширины зоны (в данном случае Δ = 160)
.

По окончании процесса измерения сигналом внешней установки "Установка" ключевые схемы 13 и 14 блока 12 переводятся в исходное состояние (т. е. устройство возвращается к режиму работы с накоплением информации). Сигналом управления на ключевые схемы 13 и 14 блока 12 может формироваться схемой 18 сравнения только после снятия внешнего запрета ("Запрет") с управляющего входа схемы 18, который, в свою очередь, снимается сразу же после начала измерения. Упомянутый сигнал запрета также может сниматься перед началом измерения с целью установки нуля устройства. После завершения настройки нуля внешний сигнал запрета снова подается на управляющий вход схемы 18 и снимается уже лишь после начала измерения. Кроме того, перед началом измерения осуществляется установка всех счетчиков и регистров памяти в нулевое состояние.

В предлагаемом устройстве благодаря реализации режима точного измерения на основе использования блока усреднения, блока сравнения кодов и дополнительного счетчика импульсов значительно снижается влияние шумового сигнала фотоэлектрического тракта на результат измерения, т. е. увеличивается помехоустойчивость процесса измерения. Это позволяет значительно повысить достоверность результатов измерений изменений порядков интерференции в условиях регистрации слабоосвещенных интерференционных картин и реализации значений отношений сигнал/шум фотоэлектрического тракта порядка 5-10. В результате появляется возможность использования в ряде рефрактометров, основывающихся на интерферометрах Рэлея, Жамена и т. д. , источников монохроматического излучения со стабилизацией длины волны, которые, как известно, на сегодняшний день обладают низкой интенсивностью выходного излучения, и дальнейшего повышения на базе этого точности измерения изменений порядка интерференции. (56) Андрущук Е. А. , Тычинский В. П. - Приборы и техника эксперимента, 1980, N 2, с. 169.

Захаров В. П. и др. - Приборы и техника эксперимента, 1976, N 6, с. 159.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ ПОРЯДКА ИНТЕРФЕРЕНЦИИ, содержащее фотоэлектрический интерферометр с модулятором разности хода, установленные на его выходе блок регистрации дробной части порядка интерференции с информационным и стробирующим выходами, счетчик импульсов с информационным, корректирующим и стробирующим входами и выходом и подключенный к нему блок регистрации целой части порядка интерференции с выходами перезаписи и сравнения, отличающееся тем, что, с целью увеличения помехоустойчивости измерений в условиях слабоосвещенных интерференционных картин, в него дополнительно введены блок усреднения с двумя информационными входами, двумя входами перезаписи, информационным выходом и входом сравнения, блок сравнения кодов с двумя входами и выходом и второй счетчик импульсов, при этом информационный выход блока регистрации дробной части порядка интерференции соединен с первым информационным входом блока усреднения, стробирующий вход блока регистрации дробной части порядка интерференции соединен с вторым информационным входом блока усреднения и через второй счетчик импульсов подключен к стробирующему входу первого счетчика импульсов, информационный выход блока усреднения через информационный вход первого счетчика импульсов подключен к его первому входу перезаписи, второй вход перезаписи блока усреднения подключен к выходу перезаписи блока регистрации целой части порядка интерференции, входы блока сравнения кодов подключены соответственно к выходу сравнения блока усреднения и выходу сравнения блока регистрации целой части порядка интерференции, а его выход соединен с корректирующим входом первого счетчика импульсов.