Оптический способ измерения линейных перемещений Советский патент 1988 года по МПК G01B9/00 

Nj:

00

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению линейных перемещений объекта, и может быть использовано в лазерной интерферометрии.

Цель изобретения - повышение надеж- ности измерений за счет повышения коэффициента использования световой энергии.

На фиг. 1 изображена свема реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - схема интерференционно-растрового сопряжения в увеличенном масштабе.

Схема содержит лазер 1, оптическую систему 2 формирования плоского пучка света, прозрачные зеркала 3 и 4, отражатель 5, закрепленный на контролируемом объекте 6, опорный пучок 7 света, измери- тельный пучок 8 света, интерференционную картину 9, штриховую растровую решетку 10, фотоприемники 11 и 12.

На фиг. 2 также показаны: - угол совмещения опорного 7 и измерительного 8 пучков света; К - длина волны света; d - поперечный размер меньшего из пучков света; бр - шаг решетки;в - угол между интерференционными полосами картины 9 и штрихами решетки 10; D - шаг муаровых полос.

Способ заключается в следующем.

Световой поток, генерируемый лазером 1, с помощью оптической системы 2 формируют в плоский, из которого с помошью полупрозрачного зеркала 3 получают опорный пучок 7, с помощью зеркала 4 и отражателя 5- измерительный пучок 8, фаза которого изменяется пропорционально линейному перемещению объекта 6. Опорный и измерительный пучки совмещают один с другим под углом y /K/2d , выбирают решетку 10 с шагом штрихов, равным )d, которую ориентируют таким образом, чтобы угол в между интерференционными полосами и штрихами решетки 10 был равен углу у, с помощью фотоприемников 11 и 12 анализируют изменение освещенности муаровой картины и по числу периодов электрического сигнала судят о величине перемещения объ- екта 6.

Шаг полос анализируемой интерференционной картины 9 определяется как

6 V2-sin-; /2, для малых углов

б„.

(1)

0

0

5

Видно, что при интерференционно-растровом сопряжении шаг D муаровых полос зависит от угла, под которым совмещают пучки 7 и 8, и угла между интерференционными полосами и щтрихами решетки 10. При случайном изменении этих углов изменяется щаг D муаровых полос и, как следствие, нарушается фазировка фотоприемников 11 и 12, что приводит к сбою счета полос. Для уменьшения влияния измерения этих углов угловой разъюстировки на ширину муаровых полос углы в и у следует выбирать как можно большими. Однако большое значение одного угла требует для сохранения определенной величины D малого значения другого.

Максимальная надежность измерения обеспечивается при одинаковой устойчивости шага муаровых полос к угловым разъюсти- ровкам как интерферирующих пучков, так и интерференционной картины с растровой рещеткой, .что возможно при равенстве углов .

Рещая системы уравнений (1) и (2), получаем для оптимальных углов

в 7 д/х70.(4)

для оптимальных шагов

(5)

С учетом минимальных световых потерь при фотоэлектрическом преобразовании обычно принимается ,5D, тогда выражения (4) и (5) принимают вид

В этом случае при удовлетворительной фазировке приемников обеспечивается наибольшая чувствительность к изменению освещенности светового поля. Таким образом, при измерении линейных перемещений интерференционно-растровым способом углы сведения интерферирующих пучков и совмещения штрихов рещетки 10 с интерфе- ренционными полосами следует выбирать равными -VA,/2(J, а щаги интерференционных полос и штрихов решетки 10 равными д/2Л. Это дает повышение надежности измерений при высоком коэффициенте использования световой энергии интерферирующих потоков.

Формула изобретения

Изобретение относится к оптическим методам измерения линейных перемещений объекта и может быть использовано в лазерной интерферометрии. Цель изобретения - поБыщение надежности измерений за счет повышения коэффициента использования световой энергии. Световой поток, генерируемый лазером, формируют в плоский, из которого получают опорный пучок, измерительный пучок, фаза которого изменяется пропорционально v инeйнoмy перемещению объекта. Совмещая ручки друг с другом под углом Y - /X/2d, выбирают р ешетку с шагом штрихов, равным ,й, и ориентируют ее, чтобы угол в между интерференционными полосами и штрихами решетки был равен углу Y. и по результатам анализа изменения освещенности муаровой картины и по числу периодов электрического сигнала судят о величине перемещения объекта. 2 ил. Ш

Шаг муаровых полос от растрового сопряжения одинаковых по шагу решетки 10 и интерференционных полос определяется выражением

D.6p/0,(2)

Подставляя значение по формуле (1), получаем

D K/f-&.

(3)

Оптический способ измерения линейных перемещений объекта, заключающийся в том, что на объект направляют световой поток, формируют плоские опорный и измерительный пучки, совмещают их, регистрируют интерференционную картину и определяют

величину перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности измерений, совмещение опорного и измерительного пучков осуществляют под углом Y

д/Х/й(, где К - длина волны света, d - поперечный размер меньшего из пучков, на интерференционную картину накладывают решетку с шагом , которую ориентируют так, чтобы угол между интерферен- циоными полосами и штрихами решетки был равен углу у. а о величине перемешения судят по смешению муаровых полос.

8ы)(.одной сигнал

ФигЛ