Способ определения изменений угловой координаты объекта в плоскости и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01B11/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых координат удаленных объектов.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых координат и повышение точности измерений, достигаемые в части способа суждением об изменении координаты по результатам интерференции двух пар пучков излучения, испускаемого разме- ш,аемым на объекте источником, получаемых выделением из одного волнового фронта двух пар участков, попарно разнесенных друг относительно друга на расстояния, отношение которых равно иррациональному числу. Кроме того, цель достигается снабжением известного устройства вторым интерференционным смесителем, входные зеркала которого разнесены на расстояние, относящееся к расстоянию разнесения входных зеркал первого смесителя как иррациональное число.

На фиг. 1 представлена схема устройства для осуш.ествления способа; на фиг. 2 - расположение элементов устройства в проекции на плоскость, перпендикулярной линии визирования на объект измерения (не показан); на фиг. 3 - номограмма для определения истинного значения измеряемой угловой координаты.

Устройство содержит три плоских приемных зеркала 1, 2 и 3, полупрозрачное 4 и плоское 5 зеркала. Осевые лучи пучков излучения, испускаемого точечным источником, установленным на контролируемом объекте, обозначены позициями 6, 7 и 8, а осевые лучи пучков, интерферируюш,их на выходе из смесителя, - позицией 9.

Зеркала 1, 4 и 5 имеют в направлении, перпендикулярном плоскости измерения, габаритный размер вдвое больший, чем зеркала 2 и 3. Последние смещены друг относительно друга в указанном направлении на величину, равную их габаритному размеру. Расстояния между центрами зеркал 1 и 2, 1 и 3 в плоскости измерения относятся друг к другу как иррациональное число. Нормали к зеркалам 1, 2 и 3 лежат

2Q приемного зеркала 3, а затем также проходит путь аналогичный первому каналу, но отражаясь от других участков зеркал 4 и 5. В плоскости анализа образуются и регистрируются две интерференционные картины. Угловая ширина интерференционных полос в каждой из картин определяется расстоянием между приемными зеркалами и, так как эти расстояния различны для двух каналов, имеет разные значения. Поэтому одному и тому же значению угловой координаты объекта относительно приемных зеркал соответствуют разные значения целого числа полос и дробной части в каждом из каналов, что позволяет устранить неодЬозначность интерференционных измерений. По значениям дробной части в каждом из каналов определяется и целое число полос и, следовательно, истинное значение угловой величины. Эта операция может быть, в частности, выполнена при помощи номограмм, построенных заранее (фиг. 3). На номограмме крайние, шка40 лы имеют разбивку а.щ и а„, пропорциональную значениям угловой ширины интерференционной полосы соответствующей картины. Центральная шкала имеет разбивку аабс, пропорциональную абсолютному значению угловой величины. При одном и том же

30

35

в плоскости контроля, обращены к контроли- 45 значении дробной части смещения интерферуемому объекту и образуют с направлением на него углы 45°. Зеркало 4 установлено между зеркалами 1 и 2 под углом к прямой, проходящей через центр зеркала 2 параллельно плоскости измерения и пересекающей перпендикулярную плоскости измерения ось симметрии зеркала 1. Зеркало 5 расположено по ходу одного из пучков, идущих от приемных зеркал и отражаемых зеркалом 4, перпендикулярно этому пучку. По ходу второго пучка, отражаемого зеркалом 4, установлен блок регистрации интерференционной картины (не показан).

50

55

ренционнои полосы по одному из каналов на шкале абсолютного значения угловой величины присутствует несколько значений, что и является источником неоднозначности интерференционных отсчетов. Значение дробной части, измеренной по второму каналу, дает также неоднозначный отсчет. Совпадение происходит только при одном значении абсолютной величины, если расстояние между парами зеркал связано отношением, равным любому иррациональному числу, например корню квадратному из любого числа А, не являющегося полным квадратом:D DT .

0

5

Способ реализуется следующим образом. Излучение источника засвечивает все три приемных зеркала одновременно. После отражения от приемного зеркала 1 и зеркала 4 Б область анализа попадает излучение от одного из участков волнового фронта. Излучение от второго участка попадает в область анализа после отражения от приемного зеркала 2, зеркала 4, зеркала 5 и прохождения зеркала 4. За последним два пучка взаимодействуют и образуют интерференционную картину, положение интерференционных полос в которой зависит от положения источника относительно приемных зеркал 1 и 2. Если объект смещается-от первоначального положения, то перемещают- ся и полосы в плоскости анализа, что можно зафиксировать и получить информацию о его угловом положении. Аналогично работает второй канал, где первый пучок проходит тот же путь, а второй отражается от

Q приемного зеркала 3, а затем также проходит путь аналогичный первому каналу, но отражаясь от других участков зеркал 4 и 5. В плоскости анализа образуются и регистрируются две интерференционные картины. Угловая ширина интерференционных полос в каждой из картин определяется расстоянием между приемными зеркалами и, так как эти расстояния различны для двух каналов, имеет разные значения. Поэтому одному и тому же значению угловой координаты объекта относительно приемных зеркал соответствуют разные значения целого числа полос и дробной части в каждом из каналов, что позволяет устранить неодЬозначность интерференционных измерений. По значениям дробной части в каждом из каналов определяется и целое число полос и, следовательно, истинное значение угловой величины. Эта операция может быть, в частности, выполнена при помощи номограмм, построенных заранее (фиг. 3). На номограмме крайние, шка0 лы имеют разбивку а.щ и а„, пропорциональную значениям угловой ширины интерференционной полосы соответствующей картины. Центральная шкала имеет разбивку аабс, пропорциональную абсолютному значению угловой величины. При одном и том же

5

0

5

5 значении дробной части смещения интерфе

ренционнои полосы по одному из каналов на шкале абсолютного значения угловой величины присутствует несколько значений, что и является источником неоднозначности интерференционных отсчетов. Значение дробной части, измеренной по второму каналу, дает также неоднозначный отсчет. Совпадение происходит только при одном значении абсолютной величины, если расстояние между парами зеркал связано отношением, равным любому иррациональному числу, например корню квадратному из любого числа А, не являющегося полным квадратом:D DT .

Формула изобретения

1.Способ определения изменений угловой координаты объекта в плоскости, заключающийся в том, что связывают с контролируемым объектом точечный источник излучения, выделяют из волнового фронта, создаваемого источником, участки, разнесенные друг относительно друга в плоскости контроля, совмещают пучки излучения, соответствующие выделенным участкам, наблю дают интерференционную картину, образующуюся при совмещении пучков, измеряют изменения порядка интерференции в любой точке поля интерференции с точностью до дробной части порядка и определяют изменение угловой координаты объекта, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых координат и повышения точности измерений, из волнового фронта выделяют не менее двух пар участков, попарно разнесенных друг относительно друга на расстояния, отношения которых равны иррациональным числам, попарно совмещают соответствующие им пучки и определяют изменение координаты по соотношению дробных частей измеренных изменений порядков интерференции для каждой из выделенных пар участков.

2.Устройство для определения изменений угловой координаты объекта в плоскости, содержащее точечный источник излучения, связываемый с контролируемым объек- том, установленный по ходу излучения интерференционный смеситель, включающий в себя два входных плоских зеркала, расположенных на одинаковом расстоянии от источника, разнесенных в плоскости контроля и ориентированных так, что их нормали лежат в плоскости контроля, образуют углы 45° с направлением на источник, а 0 отражающие поверхности обращены одна к другой, и блок регистрации интерференционной картины, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых координат и повышения точности измерений, оно

-г снабжено вторым интерференционным смесителем, выполненным и ориентированным аналогично первому, двумя плоскими полупрозрачными зеркалами, установленными между входными зеркалами смесителей под углом к прямым, соединяющим центры вход20 ных зеркал, и двумя плоскими зеркалами, каждое из которых расположено по ходу одного из пучков, отраженных соответствующим полупрозрачным зеркалом, перпендикулярно этому пучку, блок регистрации расположен по ходу вторых пучков, отраженных полупрозрачными зеркалами обоих смесителей, а отношение расстояний, на которые разнесены входные зеркала смесителей, составляет иррациональное число.

25

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых координат удаленных объектов. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых координат и повышение точности измерений за счет исключения неоднозначности измерения сдвига интерференционных полос, по которому судят об изменении угловой координаты объекта. С объектом связывают точечный источник света. Пучки излучения источника воспринимаются разнесенными в плоскости контроля входными зеркалами 1, 2 и 3 и направляются в блок регистрации интерференционных картин с помощью зеркал 4 и 5. Отношение расстояний между зеркалами 1 и 2 1 и 3 составляет иррациональное число. Поэтому в плоскости анализа образуются две интерференционные картины с шагом полос, некратным друг другу. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. SS (Л 5 N3 Ж. О5 оо