Акустооптическое устройство для измерения перемещений Советский патент 1988 года по МПК G01B21/00 

{ 1 ГГГЛ11

со k

Ю

1

Изобретение относится к оптоэлектро нике и может быть использовано для измерения линейного перемещения шкалы относительно светового пучка.

Цель изобретения - расширение области использования измерения координаты точки падения светового пучка относительно заданной шкалы, использование модуляции поверхностной акустической волны.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит источник 1 оптического излучения, дифракционную решетку 2, зпукопровод 3, возбудител 4 поверхностной акустической волны (ПАВ), генератор 5 электрических колебаний несущей частоты F, генератор 6 гармонических колебаний часто- ты F,, модулятор 7, пространственный фильтр 8, служащий для выделения нулевого порядка дифрагированного излучения, фотодетектор 9, усилитель 10 колебаний час тоты F/|, детектор 1 фильтр 12 частоты F, фазометр 13,

Устройство работает следующим образом.

На возбудитель 4 поверхностной акустической волны с модулятора 7 подается амплитудно-модулированный сигнал на несущей частоте Т с частотой модуляции F. В результате прохождения через дифракционную решетку 2 и вза гмодействия с бегущей поверхностной акустической волной световой пучок, генерируемый источником 1 оптического излучения, получает пространственную фазовую модуляцию как от фазовой решетки, так и от бегущей акустической .волны. Нулевой порядок дифракции выделяется пространственным фильтром 8 и фокусируется на фотодетектор 9, Переменная составляющая интенсивности оптического излучения на частоте F в нулевом порядке дифракции промодулирована по амплитуде с частотой модуляции F. С выхода фотодетектора 9 амплитудно-модулированный сигнал подается на усилитель 10, детектор 11 амплитудно-модулиро- ванного сигнала и Лильтр 12 для выделения сигнала на частоте F.., ФазоЛ

метр 13 служит для измерения разности фаз сигналов на частоте F, с выхода фильтра 12 и опорного сигнала с генератора 6 гармонических «колебаний частоты Fyv.

Начальная фаза выходного сигнала с фильтра Ф зависит от положения точки падения оптического пучка на звукопроводе 3 по отношению к возбудителю акустической волны.

При изменении положения точки падения оптического пучка на сопряжение шкал на величину х в направлении распространения акустической волны фаза выходного сигнала изменяется на величину 2.1

-- 4х, где

Л ff-- пространственный период огибающей амплитудно-модулированной акустической волны.

По показаниям фазометра 13 можно определить величину смещения оптического пучка относительно исходного состояния или величину смещения сопряжения шкал относительно неподвижного оптического пучка путем пересчета

х 5 0

г

5

0

Фазометр может быть проградуиро- ван непосредственно в единицах перемещения.

Материалами для изготовления зву- крпровода может быть ниобат лития, танталат лития или кристаллический кварц. Возбудитель поверхностной акустической волны может быть встречно-штыревого типа. Дифракционная решетка выполнена на пластинке из плавленного кварца 810-2 путем вытравливания на ее поверхности рельефа в

А V

виде меандра с периодом- / --, где

А V - скорость ПАВ в материале звукопровода. Оптимальная глубина рельефа на подложке из плавленного кварца с показателем преломления ,46 при использовании лазера с длиной волны излучения А 0,6328 мкм сосдТпнТ

честве источника оптргческого излучения может быть использован гелий- неоновый лазер с мощностью излучения 5-15 мВт.

Расстояние между дифракционной решеткой и звукопроводом выбирается

из условия или I. ---.

Л Д

в устройстве может быть использован высокочастотный p-i-п-фотолиод с резонансным LC-контуром в нагрузке

тавляет h

. 1 с коэффициентом усиления

.« усилитель /-50 дБ.

Для измерения разности фаз двух сигналсгв может быть использован фазометр Ф 5126 с точностью измерения разности фаз 0,3° и разрешающей способностью 0,1,

Формула изобретения

Акустооптическое устройство для измерения перемещений, содержащее оптически связанные источник оптического излучения, дифракционную решетку, звукопровод, кинематически связываемый с объектом измерения,про странст енньА фильтр из диафрагмы и линзы и фотодетектор, генератор электрических колебаний несущей частоты Гд, возбудитель поверхностной акустической волны, вход которого соединен с выходом генератора электрических колебаний несущей частоты, а выход - с звукопроводом, усилител колебаний частоты F, вход которого

соединен с фотодетектором, и фазометр, отличающееся тем, что, с целью расширения области использования за счет измерения координаты точки падения светового пучка, оно снабжено генератором гармонических колебаний частоты Рд, модулятором, детектором и фильтром частоты F, дифракционная решетка и звукопровод кинематически связаны, выход усилителя колебаний частоты F соединен с входом детектора, выход которого через фильтр частоты Гд, соединен с первым входом фазо- метр5, второй вход которого соединен с выходом генератора гармонических колебаний частоты F, который подключен также к первому входу модулятора, второй вход модулятора подключен к выходу генератора электрических колебаний несущей частоты, выход модулятора соединен с возбудителем поверхностной акустической волны.

Изобретение относится к опто- электронике и может быть использовано для измерения линейного перемещения шкапы относительно светового пучка. Цель изобретения - расширение области использования за счет измерения координаты точки падения светового пучка относительно заданной шкапы путем использовз ия модуляции поверхностной акустической волны (ПАВ). В звукопроводе 3 возбуждается ПАВ, модулированная гармоническими колебаниями частотой К. В результате прохождения через дифракционную решетку 2 и взаимодействия с бегущей ПАВ световой пучок, генерируемый источником 1 оптического излучения, получает пространственную модуляцию. С помощью фотодетектора 9 и детектора 11 вьщеля- ется сигнал с фазой, зависящей от положения светового пучка относительно заданной точки звукопровода 3. Фазометр 13 сравнивает ее с фазой сигнала модуляции и осуществляет регистрацию смещения положения светового пучка относительно исходного состояния. 1 ил. Ф С/)