Устройство для измерения числа интерференционных полос Советский патент 1988 года по МПК G01B21/00 

ния нестабильности интенсивности пуч- fg тора 14, второй вход - с выходом вто

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерения числа интерференционных полос за счет исключения влияния нестабильности интенсивности пучка лазера на результат измерения. Устройство для измерения числа интерференционных полос содержит фотоприемник .1, на выходе которого при смещении интерференционной картины образуется переменный электрический сигнал. Для определения числа полос и направления их движения модулятором 3 осуществляется модуляция оптической разности хода лучей интерферометра 2. При этом источник 4 модулирующего напряжения, синхронизируемый импульсами генератора 8, вырабатывает периодический модулирующий сигнал, соответствующий трем постоянным уровням, обеспечивая симметричное смещение интерференционной картины в обе стороны относительно среднего положения примерно на половину щирины интерференционной полосы. Счетная схема 5 обеспечивает синхронно с модуляцией за период считывания сигнала с фотоприемника 1 трехразовое получение двух разностных сигналов. По ним определя- ют количество интерференционных полос, проходящих через щель фотоприемника 1, которое фиксируется реверсивным счетчиком 6, Устройство осуществляет счет как темных, так- и светльпс интерференционных полос. 2 fan. (Л

ка лазера на результат измерения.

На фиг,1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит фотоприемник 1 снабженный щелевой диаграммой с шириной щели меньше ширины интерференционной полосы, интерферометр 2 Май- кельсона с опорным и измерительным оптическими каналами, оптически свя- занньй с фотоприемником 1 модулятор 3 оптической разности хода, установленный в опорном оптическом канале, управляемый источник 4 модулирующего напряжения, выход которого связан с электрическим входом модулятора 3 оптической разности хода, счетную схему 5, реверсивный счетчик 6, счетная схема 5 выполнена в виде коммутатора 7, первый вход которого связан с выходом фотоприемника 1, генератора 8 синхронизирующих импульсов, первый выход которого связан с вторым входом коммутатора 7 и управляющим входом источника 4 модулирующего напряжения, первого запоминающего блока 9, вход которого связан с первым выходом коммутатора 7, второго запоминающего блока 10, вход которого связан с вторым выходом коммутатора 7, триггера 11, первого сумматора 12, первый и второй входы которого связаны с выходом первого за поминающего блока 9, второго сумматора 13, первый вход которого связан с выходом второго запоминающего блока 10, второй вход - с третьим выходом коммутатора 7, первого компаратора 14, первый вход которого связан с выходом первого су 1матора 12, второй вход - с выходом второго сумматора 13, второго компаратора 15, пер вьй вход которого связан с выходом второго запоминающего блока 10, второй вход - с третьим выходом коммутатора 7, стробирующие входы первого 14 и второго 15 компараторов и триггера 11 связаны с вторым выходом ге0

5

0

рого компаратора 15, первой схемы И 18, первьш вход которой связан с выходом первой схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, второй вход - с выходом второй 5 схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17, выход - с прямым входом счетчика 6, второй схемы И 19, первый вход которой связан с выходом первой схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, второй вход которой является инверсным и связан с выходом второй схемы ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 17, выход - с реверсивным входом счетчика 6, интерферометр 2 Майкельсона выполнен в виде оптически связанных лазера 20; светоделителя 21, подвижного зеркала 22, установленного в измерительном оптическом канапе и связываемого с объектом, референтного зеркала 23, установленного в опорном оптическом канале.

Устройство работает следующим об- разом.

На выходе интерферометра 2 Майкельсона формируется интерференционная картина, получаемая за счет интерференции основных пучков интерферометра 2, образующихся путем разделения луча лазера 20 светоделителем 21 и отражения от подвижного 22 и референтного 23 зеркал. При перемещении зеркала 22 происходит смещение интерференционной картины. На выходе фотоприемника 1, снабженного щелевой диафрагмой с шириной щели, меньше ширины интерференционной полосы, образуется переменный электрический сигнал. Счетная схема 5 определяет количество интерференционных полос, проходящих через щель фотоприемника 1, которое фиксируется реверсивным счетчиком 6. Для определения числа полос и направления их движения модулятором 3 осуществляется модуляция оптической разности хода лучей интерферометра 2. При этом источник 4 модулирующего напряжения, синхронизируемьм импульсами генератора 8 (фиг.2а), вырабатывает периодический модулирующий сигнал, соответствующий трем постоян5

0

5

0

5

ньй уровням (фиг.2б), обеспечивая симметричное смещение интерференционной картины в обе стороны относительно среднего положения примерно на по- ловину интерференционной полосы. При этом синхронно с модуляцией счетной схемой 5 три раза за период считывается сигнал с фотоприемника 1: в момент нулевого смещения интерференци- онной картины (S,), смещения в одну (Sji) и другую (S) стороны (фиг.2в)Коммутатор 7 обеспечивает синхронно с модуляцией подачу сигналов S, и S на соответствующие запоминающие блоки 9 и 10, а сигнал Sj - непосредственно на второй сумматор 13. В конце каждого п-го периода модуляции генератор 8 формирует на втором выходе стробирующий сигнал. При этом на выходе компараторов 14 и 15 формируется логические сигналы А и В„ (1 или 0) (фиг.1), соответствующие знакам разностей сигналов 2S,- ( S ) и (Sj- S) в данном периоде. По заднему фронту синхронизирующего импульса генератора 8 сигнал А„ запоминается в триггере 11. Таким образом, в момент изменения информации сигналов Af, и В,, на выходе триггера сохраняется сигнал А„,, записанный в предьщущий период модуляции. Важно заметить, что при высокой частоте модуляции (выше частоты возмущающего воздействия) знаки разностных сигналов не зависят от амплитудных нестабильностей сигнала лазера 20. Сигнал А„ равен 1 в периодах модуляции, когда сигнал с выхода фотоприемника 1 (при нулевом модулирующем смещении - X,) соответству- ет выгнутому участку функции S(x (фиг,2в), и А„ О - вогнутому. , когда щель фотоприемника находится правее максимума интерференционной полосы (вплоть до минимума), В О, когда левее. При движении интерференционной картины сигналы А„ и В периодически меняют свои значения, причем В„ в момент прохождения через щель фотоприемника 1 максимума или минимума интенсивности светового по- тока, а А - в момент прохождения среднего значения. Схема 16 совершает операцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ -ИЛИ сигналов .А„ и А., и при

А„., ® А, 1, (1)

т.е. в период, в котором произошло изменение значения А, подает через

,

схемы И 18 и 19 счетный импульс на счетчик 6.

Направление счета (прохождение счетного импульса на суммирующий или вычитающий вход счетчика 6) задается выходным сигналом второй схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17 через элементы И 18, 19, причем

АП©ВГ,

1 - прямой счет О - обратный счет.

(2)

5 0 5 0 д

5

Takим образом, схемы И 18 и 19 обеспечивают подачу счетных импульсов на счетчик 6 при выполнении условия (1) в соответствии с условием (2). Определение направления счета полос можно пояснить следующим образом. Если в первый период после прохождения перехода от вогнутого участка функции S к выгнутому (АП, 0, А„ 1) и нахождение щели левее ближайшего максимума интерференционной полосы (В 0) или от выгнутого к вогнутому (А„., 1, А„ 0) и (В 1), то интерференционная картина двигалась в прямом направлении, в противоположных случаях - в обратном. При этом осуществляется счет как светлых, так и темных интерференционных полос.

Формула изобретения

Устройство для измерения числа интерференционных полос, содержащее оптически связанные интерферометр с .опорным и измерительным оптическим каналами, фотоприемник и модулятор оптической разности хода, установленный в опорном измерительном канале, управляемый источник модулирующего напряжения, выход которого свя- зан с электрическим входом модулятора оптической разности хода, счетную схему, вход которой связан с выходом фотоприемника, первый выход - с управляющим входом источника модулирующего напряжения, реверсивный счетчик, прямой вход которого связан с вторым выходом счетной схемы, реверсивный вход - с третьим выходом счетной схемы.

счетная схема выполнена в виде

коммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, коммутатор выполнен управляемым с тремя выходами, вход коммутатора является входом счетной схемы, устройство снабжено генератором синхронизирующих импульсов, первьй выход которого является первым выходом счетной схемы и связан с управляющим вхо- дом коммутатора, первым и вторым запоминающим блоками, входы которых связаны соответственно с первым и вторым выходами коммутатора, первым сумматором, первый и второй входы ко- торого связаны с выходом первого запоминающего блока, вторым сумматором, первый вход которого связан с выходом второго запоминающего блока, второй йход - с третьим выходом коммутатора, первым компаратором, первый и второй входы которого связаны соответственно с выходами первого и вто рого сумматоров, вторым компаратором, первый и второй входы которого связаны соответственно с выходом второго запоминающего блока и третьим выходом коммутатора, триггером, с- робирующий вход которого связан с вторым выходом генератора синхронизирующих им

$

S

x;|s2Js/y.

2 Л/ Aj

-Ю15 2087226

пульсов и стробирующими входами первого и второго компараторов, первой схемой ИСКЛЮЧАНЩЕЕ ИЛИ, первый вход которой связан с выходом триггера, второй вход - с выходом первого компаратора и информационным входом триггера, второй схемой ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый и второй входы которой связаны соответственно с выходами первого и второго компараторов, первой схемой И, первьй и второй входы которой связаны соответственно с выходами первой и второй схем ИСКЛЮЧА- ЩЕЕ ИЛИ, выход является вторьм выходом счетной схемы, второй схемой И, первый вход которой связан с вьгходом первой схемы ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, второй вход является инверсным и связан с выходом второй схемы ИСКЛЮЧАЮШ,ЕЕ ИЛИ, выход является третьим выходом счетной схемы, а источник модулирующего напряжения вьтолнен управляемым с тремя уровнями управляющего напряжения.

25

/

/

Фиа2