Интерферометр для измерения линейных перемещений объекта Советский патент 1988 года по МПК G01B9/02 

05 00 СП)

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к приборам

;для измерения перемещений и длин объекта, и может быть использовано в приборостроении, точном машиностроении,, а также в метрологических ла бораторияхр

Цель изобретения -- повышение точности измерения за счет увеличения

;количества измерительных отрезков

:и уменьшения чувствительности интер;ферометра х непрямолияейности переме щения каретки,

I На фиг, 1 представлена функцио-

: нальная ог.ама интерферометра для изгМереиия линейных перемещений объекта;, на фиг. 2 - световозвращаюп ая

система, на фкг. 3 - то же, вид еле™ Baj на фиг 4 - блок-схема фотоэлек- кронного блока.

: Ин гер4)ерометр для измерения ли- перемещений объекта содержит

источник 1 когерентного света, установленные по ходу, излучения первую

:.Ш1астинку 2 7, /8 и систему 3 для раз: деления пучка,, которая оптически связана с зеркалами 4 и 5,, второй гшастинкой 6 Л /8, которая оптически связана с зеркалом 75 и второй системой 8 для разделения лучка с которой оптически связано зеркало 9, два поляроида 10 и ll оптически связанные с системой 8 для разделения пучка и зеркалом 9, фотоэлектронный блок 12,, входы которого оптически связаны с поляроидами 10 и 11 каретку 13., где световозвращение системы 14 и 15, установленные в каждой ветви интерферометра, одна из которых оптически связана с зеркалом 5 а другая - с зеркгшом 7 каждая свето- возвращающая система и 15 состои из уголкового отражателя 16 (17), укрештенного на каретке 13, двух уголковых отражателей 18 (19) и 20 (21) ., зеркал 22 (23) и 24 (25), оптически связанных с уголковым отражателем 16 (17) и установленных таким образоьз. что ребра уголковых отражателей 18 и 20 (19 и 21) пер- пекдикуляркы ребру уголкового отражателя 16 (17)s биссектрисы прямых углов смещены параллельно одна другой на расстояние S , определяемое по формуле

t п+8

где b - расстояние от края грани

уголкового отражателя 18(19) до биссектрисы его прямого угла;

d - ширина луча света; п - коэффициент умножения оптической разности хода лучей света,

а середины зеркал 22 (23) и 24 (25) находятся на биссектрисах прямых углов yroj-iKOBMX отражателей 18 (19) и 20 (21),

Оптические оси гшастинск 2 и 6 /В параллельны nXiOCKocTH поляриза ции луча когерентного света, выходящего из источника 1. Оптическая плоскость одного из поляроидов Ю параллельна плоскости поляризации одной из ортогоналчьньгх состазля-п- щих луча света, упавшего на него„ а оптическая плоскость поляроида 11 перпендикулярна оптической плоскости поляроида 10. Системы 3 и 8 для разделения пучка выполнены таким образом, что разбивают подающий на них луч света на два луча света одинаковой интенсивности,

S

На фиг. 2 и 3 изображено взат-шое расположение уголковьЕХ отражателей и зеркал в световоэвращающей системе-. Отражатели 18 и 20 выполнены на од ном основании, представляющем собой уголковый отражатель, путем нанесения на одну половину одной его грани отра кающего слоя, толщина которого лежит в пределах

от

-J2(8b-4d) -J 2(8b-4d)

а участок, параллельнь { ребру от края грани выполнен прозрачньм длтя луча света и имее7 ,цлняу, равную ребру, и ширину, определяемую по формуле

J Г2().

Для того, .чтобы не внести искажений вход луча света Б световозвра щающей системе, ширина зеркал 22 (23) и 24 (25) не должна превышать четырех расстояний S.

Фотоэлектронный блок 14 (фиг. 4) содерлшт фотоприемники 26 и 275 входы которых оптически связаны соответственно с поляроидами 10 и 11,, а вькоды электрически связаны с входом блока 28 определения направления перемещения 5 а выход фотоприемника 26 такжа связан с одним кг входов реверсивного счетчика 29, второй

31

вход которого связан с выходом блока 28. Выход реверсивного счетчика 29 является выходом интерферометра.

Интерферометр работает следующим образом.

Луч от источника, когерентного света проходит через пластину

2 Л/8, в результате чего образуются два ортогонально поляризованных оптических сигнала, разбивается системой 3 для разделения пучка на два луча; Один из этих лучей зеркалами

4 и 5 направляется на световозвра- щающую систему 14 первой ветви интерферометра и возвращается в систему

3для разделения пучка, а второй

луч зеркалом 7 направляется на свето возвращающую систему,15 второй ветви интерферометра и также возвращается в систему 3, пройдя при этом дважды пластинку 6, что приводит к дополнительному сдвигу ортогональных составляющих луча света одна относительно

Q

Другой по фазе на 90 . В системе 3 оба луча света интерферируют. Полученный оптический сигнал делится на два луча при помощи второй системы 8 для разделения пучка, один из лучей направляется на один из поляроидов 10, а второй зеркалом 9 - на поляроид 11. Поляроиды Ю и 11 выделяют каждый свою ортогональную составляющую луча света и направляют ее на свой фотоприемник 26, 27 фотоэлектронного блока 12.

Фотоприемники 26 и 27 преобразуют оптические сигналы в последовательности электрических импульсов, сдвинутых один относительно другой по фазе на 90 , что необходимо для реверсивного счета световых полос, причем в зависимости от направления движения каретки 13 вместе с отражателями 16 и 17 этот сдвиг либо положительный, либо отрицательньй. Искомое смещение каретки определяется числом световых полос и знаком.

Формула изобретения

1. Интерферометр для измерения линейных перемещений объекта, содержащей последовательно установленные источник света и систему для разделения светового пучка от источника на две ветви, в одной из которых последовательно установлены и оптически связаны два зеркапа и первая све- товозвращающая система, выполненная

6861

в виде двух уголковых отражателей, в другой последовательно установлены и оптически связаны зеркало и вторая световозвращающая система, выполненная аналогично первой, каретку связываемую с объектом, на которой установлены по одному уголковому отражателю из каждой ветви, вторую 1Q систему для разделения светового пучка, вход, которой связан с выходами световозвращающих систем обеих ветвей, и фотоэлектронньш; блок, входы которого связаны с выходами второй

g системы для разделения светового

лучка, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен пластинкой в 1/8 длины волны, установленной между ис

точником света и первой системой для

разделения пучка, второй пластинкой в 1/8 длины волны, установленной в одной из ветвей по ходу излучения перед зеркалом, двумя анализаторами,

установленнь ш перед Соответствующими входами фотоэлектронного блока, двумя дополнительными уголковыми отражателями, установленными соответственно в каждой светоБозвращающей системе так, что ребро одного из ос- HOEHfcix уголковых отражателей параллельно ребру дополнительного уголкового отражателя, ребро уголкового отражателя, установленного на карет- ке, перпендикулярно ребру дополнительного уголкового отражателя, и четырьмя зеркалами, установленными попарно на биссектрисах прямых углов каждой пары основного и дополнитель- кого уголковых отражателей, а расстояние S между биссектрисами прямых углов этих уголковых отражателей выбрано из соотношения

45

Sbzld

п+8 .

где b - расстояние от края грани

уголкового отражателя до биссектрисы его Прямого угла; gQ d - щирина светового пучка;

п - коэффициент умножения оптической разности хода лучей света,

2. Интерферометр по п. 1, о т - 55личающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, каждая пара основного и дополнительного уголковых отражателей установлена на общем основании, представляющем со514168616

бой уголковьй отражатель, на полови- зрачным и имеет длину, равную длине ну одной из граней которого нанесен ребра, и ширину, определяемую по отражательный слой, толщина которого формуле

5 (25+d),

лежит в пределах от

-Г2 () -IzCSb-Ad)

QJ, П/-,

зрачным и имеет длину, равную длине ребра, и ширину, определяемую по формуле

(25+d),

где о - расстояние между биссектри

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к приборам для измерения перемещений и длин объекта, и может быть использовано в приборостроении, точном машиностроении. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет увеличения количества измерительных отрезков. Для достижения цели формируют два ортогонально-поляризованных луча. Направляют каждый луч на соответствующую световозврадающую систему, выполненную в виде трех уголковых отражателей, один из которых установлен на каретке, связанной с объектом, а на биссектрисах двух других установлены плоские зеркала. Расстояние S между нормалями плоских зеркал определяется по формуле 5 8b-4d/n+8, где b - расстояние от края грани уголкового отражателя до биссектрисы его прямого угла; d - ширина светового луча; п - коэффициент умножения оптической разности хода лучей света. После сведения лучей при смещении каретки интерференционные полосы смещаются. Счет интерференционных полос и направление их смещения осуществляется в электронном блоке, содержащем фотоприемники и реверсивный счетчик. 4 ил. с $ (Л с

0

16

т2.г.

23(22

S(2

)

фиг.з