Измеритель перемещений Советский патент 1988 года по МПК G01B21/00 

/О

/#

16 fS

4: СЛ

г. / г. в

g « К

Од СЛ

Изобретение относится к измери - т ельной технике и может быть ислоль- овано для измерения линейных переме .

Цель изобретения - повьшение точ- ости-за счет снижения погрешностей Определения дробной части интерферен- ионной. полосы и длины волны лазера ijiyTew использования резкой зависи ости частоты излучения лазера от еличины перемещения зеркала резона- ора,

Иа чертеже представлена блок-схе- устройства.

Устройство содержит стабилизированный лазер 1 (ЛТ.), первый дополнительный светоделитель 2, светоделитель 3, измерительный отражатель 4, 1)еферентный отражатель 5, фотоприем- пик 6, усилитель 7, счетчик 8 импульсов, вычислительный блок 9, индикаторный блок 10, дополнительный лазер .ЛИ), образованнь1Й активным элементом 11 и зеркалами 12 и 13, одно из coTojpbix жестко крепится к референтному отражателю 5, поворотное зеркало 14, второй дополнительный светоде- титель 15, дополнительный фотоприем- ик 16, усилитель 17, частотомер 18 JH пьезокорректор 19. I Устройство работает следующим бразомо

Излучение стабилизированного ла- рера 1 (Л1) делится первым дополни- ельным светоделителем 2 на основной вспомогательный лучи, распространя- ощиеся в направлении светоделителя 3 и второго дополнительного светоделителя 15 соответственно. Основной луч делится светоделителем 3 на референтный луч, распространяющийся к референтному отражателю 5, и измерительный луч, распространяющийся в направлении измерительного отражателя 4, перемещение которого измеряется. Отразившись, они соединяются в светоделителе 3. В плоскости фотоприемни- ка 6 происходит их интерференция. Последовательно соединенные фотоприемник 6, усилитель 7, счетчик 8 импульсов подсчитывают целое число интерференционных полос (N) число которых подается в вычислительный блок 9, куда предварительно заносится информация о длине волны излучения в вакууме стабилизированного лазера 1 ( XjoK Р подаче из индикаторного блока 10 сигнала Начало измерения

5

вычислительный блок 9 считьшает значение со счетчика 8 импульсов и подает с управляющего выхода злектри- 5 ческий сигнал на пьезокорректор 19. В результате с помощью пьезокоррек- тора изменяется длина референтного плеча до момента времени-, при котором изменяются значения на счетчике

0 В импульсов. В этот момент времени вычислительный блок прекращает подачу сигнала на пьезокорректор. Таким образом, длина референтного плеча такова, что на основной фотоприемник

5 попадает максимум интерференционной полосы, образованной референтным и измерительным лучами. В этом положении референтного отражателя измеряется длина резонатора лазера (ЛИ) и.

0 его частота излучения Частота излучения дополнительного лазера Л11,оптйчески связанного с основным стабилизированным лазером 1 (Л1) приi помощи поворотного зеркала 14 и двух дополнительных светоделителей 2 и 15, по окончании подачи сигнала с управляющего выхода вычислительного блока на пьезокорр ектор сравни- с частотой излучения лазера 1 (Л1) . Сравнение производится методом

оптического гетеродинирования с по- . мощью дополнительного фотоприемника 16, усилителя 17 и частотомера 18. Значение частоты излучения дополни- 5 тельного лазера ( заносится в

вычислительный блок. Оно потребуется при вычислении дробной части интерференционной полосы. Далее вычислительный блок сбрасывает показания 0 счетчика 8 импульсов и подает на , индикаторный блок 10 сигнал готов- . кости к измерению (процесс обнуления). После этого происходит перемещение измерительного отражателя 4 5 из точки А в точку В, при этом

последовательно соединенные фотопри- емник 6, усилитель 7 и счетчик 8 импульсов подсчитывают целое число интерференционных полос. После окон- Q чания перемещения вычислительный блок выполняет следующие действия;

1 о Опрашивает состояние счетчика 8 импульсов о Число, находящееся к этому моменту в счетчике импульсов 5 (N), есть целое число интерференционных полос, прошедших перед окном фог; топриемнйка при перемещении измерительного отражателя 4 из точки А р точку В.

314-15065

2, Подсчитывает дробную чать ин- терференционной полосы. Для этого вычислительный блок, непрерывно следя за значением счетчика 8 импульсов, подает с управляющего выхода электрический сигнал на пьезокорректор 19. По этому сигналу пьезокорректор увеличивает длину референтного плеча до момента изменения значения на счетчи- ю ке 8 импульсов, В момент изменения значения на счетчике импульсов вы- числительньд блок прекращает подачу управляющего сигнала на пьезокорректор,15

Таким о-бразом, изменением длины референтного плеча, достигается попадание на основной фотоприемник максимума интерференционной полосы, образованной референтным и измеритель- 20 ным лучами. При таком перемещении референтного отражателя изменяется частота излучения дополнительного лазера (ЛИ). Как и в процессе обнуления, эта частота ( -J, ) определяется путем сравнения с частотой лазера 1 (Л1) методом оптического гетероди- кирования. Перемещение внутри одной интерференционной полосы в вычислиподсчитывается в вычислительном ке по формуле

..„..-iL.

Перемещение отражателя 4 из то ки А в точку В подсчитывается в в числительном блоке по формуле

, .

L - --N +

дъ-,

где N

- показания счетчика

импульсов;

L из формул (1) и (2) с ответственно.

Это перемещение фиксируется индик торным блоком.

Устройство мо;жет быть реализов но на следующих элементах: осно стабилизированный лазер 1 (Л1) - гелий-неоновый лазер типа Станда светоделитель 3 с отрая ателям 25 4 и 5 из комплекта ИШ1-ЗОК; фотоп емники 6 и 16 - фотодиоды ФД-24К; усилители 7 и 17 - усилители тип УЗ-2Ч; частотомер 18 - частотомер 43-38; счетчик 8 импульсов - част

тельном блоке определяется по форму- 3-38, работающий в режиме

подсчитывается в вычислительном блоке по формуле

..„..-iL.

Перемещение отражателя 4 из точки А в точку В подсчитывается в вычислительном блоке по формуле

.

- --N +

дъ-,

(3)

где N

8

- показания счетчика

импульсов;

L из формул (1) и (2) соответственно.

Это перемещение фиксируется индикаторным блоком.

Устройство мо;жет быть реализовано на следующих элементах: основной стабилизированный лазер 1 (Л1) - гелий-неоновый лазер типа Стандарт светоделитель 3 с отрая ателями 4 и 5 из комплекта ИШ1-ЗОК; фотоприемники 6 и 16 - фотодиоды ФД-24К; усилители 7 и 17 - усилители типа УЗ-2Ч; частотомер 18 - частотомер 43-38; счетчик 8 импульсов - часто

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений. Цель изобр1етеиия - повьшение точности - достигается за счет снижения погрешностей определения дробной части интерференционной полосы и длины волны лазера путем использования резкой зависимости частоты излучения лазера от величины перемещения зеркала резонатора. Измерения осуществляются путем подсчета целого числа интерференционных полос интерферометра, образованного лазером 1 и отражателями 4 и 5, и дробной части полосы, которая определяется по изменению частоты излучения дополнительного лазера, одно из зеркал которого кинематически связано с отражателем 5. При вычислении дробной части полосы также измеряется длина волны я лазера 1. Вычислительный блок 9 осуществляет коррекцию показаний интерферометра с учетом изменения . I ил. (/

ле

uL где л /-О

L , ° „

-(,/- частоты излучения дополнительного лазера ЛИ; LQ - длина резонатора дополнительного лазера ,, (Л)..

3, Определяет длину волны излучения лазера 1 (Л1), распространяющегося в воздухе. Для этого вычислительный блок, как и в п,2, опять подает сигнал на пьезокорректор, по которому происходит дальнейшее увеличение дпины референтного плеча до следующего срабатывания счетчика 8 импульсов, В момент изменения значения счетчика 8 импульсов вычислительный блок прекращает подачу сигнала и частота излучения дополнительного лазера (Л11)(2) определяется методом оптического гетеродинирования по частоте излучения лазера 1, Значение заносится в вычислительный блок, дли1й волны излучения лазера 1 (Л1), распространяющегося в воздухе.

35

счета импульсов; активный элемент 11 - активный элемент ЛГН-105, зер- (1) кала 12 и 13 - зеркала от ЛГ-105; вычислительный блок 9 - микроЭВМ типа ДЗ-28; индикаторный блок 10 - из комплекта ИПЛ-ЗОК1,

Формула изобретения

Q Измеритель перемещений, содержащий лазер, оптически связанные с ним светоделитель, референтный и измерительный отражатели и последовательно соединенные фотоприемник, счет g чик импульсов, вычислительный и индикаторный блоки, отличаю-г щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен дополнительным лазером, двумя допо;г

50 нительными- светоделителями первым и вторым, дополнительным фртоприемни ком, частотомером и пьезокорректором, установленным на референтном отражателе и кинематически связанным с

55 дополнительным лазером, выход лазера оптически связан через первый и второй дополнительные светоделители с дополнительным фотоприемником, вы ход дополнительного лазера оптически

514150656

связан через второй дополнительный мера подключен к второму входу вьг- светоделитель с дополнительным фото- числительного блока, управляющий вы- приемником, выход которого соединен ход которого подключен к пьезокоррек- с входом частотомера, выход частото- с тору