Способ измерения перемещения объекта Советский патент 1988 года по МПК G01B11/26 

ш.

СО

05

Игэобретение относится к измерителной технике и может использоваться для измерения как линейных, так и угловых перемещений объекта.

Цель изобретения - расширение информативности за счет контроля также углового положения объекта,

На чертеже представлена принципиальная схема устройства, реализующе- го данный способ,

Оно содержит кварцевую трубку 1 гзового лазера, диафрагму 2 для формирования одномодово го пучка, первое плоское зеркало 3 резонатора, второе зеркало 4 резонатора ,вьтолненное сферическим и полупрозрачным, образующие первый двухчастотньй лазер, вто- I рую кварцевую трубку 5 для заполнения ее газовой г1ктив11ой сферой, вторуюди- афрагмуб, второе полупрозрачно зеркало 7 резонатора сферической формы, образующее совместно с зеркалом 3 второй двухчастотный одномодовый лазер, источник 8 питания (ВЧ-генератор), две линзы 9 и 10, каждая из которых расположена по ходу излучения одного из лазеров, два фотоприемника 11 и 12, два частотомера 13 и 14, каждый из которых электрически соединен с одним из фотоприемников 11 и 12, и вычислительный блок 15,

Плоское зеркало 3 является общим для обоих лазеров и оно предназначен для скрепления с контролируемым объ- ектом. Оно имеет возможность как линейного перемещения параллельно самому себе, так и углового наклона.

Измерения данным способом проводят следующим образом,

Создают двухчастотное индуцированное излучение в обеих трубках с активной сферой полупрозрачными зеркалами 4 и 7 резонаторов, фокусируют оба пучка на плоском зеркале 3 (точ- ки Л и в) являющиг1ся общим резонатором для обоих лазеров, С помощью диафрагм 2 и 6 с регулируемым по диаметру отверстием, формируют одномодовый пучок излучения на выходе каждого лазера, Вьпиедшие из лазеров пучки фЗкусируют с помощью линз 9 и 10 на соответствующие фотоприемники 11 12, которые выделяют биения близлежащих рабочих частот в соответствую- тем резонаторе,

С выходов фотоприемникоБ 11 и 12 сигналы, соответствующие количеству регистрируемых биений близлежащих

частот оптических резонаторов лазеро поступают на входы частотометров 13 и 14, которые измеряют частоту биений близлежажих рабочих частот каждого оптического резонатора

fS , - г ,

где f S - частота биений оптиче.ского

резонатора, (, Дв близлежащие рабочие

частоты оптического резонатора ,

С выходов частотомеров 13 и 14 сигналы, соответствующие разностным частотам между близлежащими частотами излучений оптических резонаторов лазеров поступают на вход вычислителного блока 15, производящего обработку и вычисление углового положения объекта,

При угловом развороте объекта изменяется разность между длинами оптических резонаторов лазеров (расстояние между зеркалами 4,7 и точками А и В, находящимися на поверхности зеркала 3), Угол поворота объекта в данном случае может быть определен и зависимости

, ij I - ij 7

Sinoi. - - ;

где oi - угол поворота объекта}

LJ - расстояние от зеркала 4 до

точки А; Lj - расстояние от зеркала 7 до

точки В; 1 - расстояние от точки А до

точки В,

Длина оптического пути резонатора лазера определяется по формуле с

L

2f

- длина оптического пути резонатора (расстояние между сферическими полупрозрачным зеркалом 4(7) резонатора лазера и точкой А(в), находящейся на поверхности зерка- ла 3);

с - скорость света в резонаторе; f - разностная частота. Введя вместо L, и L их значения, угол разворота объекта определяется из зависимости

(

oL srcsin

2bf, 2ufi

)

arcsin -(,. Д1

1 Af.t - uf, Af

где

if, uf.

вычислительном

изменения разностных частот лазеров;

с - скорость света в резонаторе;1 - расстояние от точки А до

точки В,

которая реализуется в блоке 15.

Таким образом, данный способ позволяет измерять как лиейные перемещения объекта, так и угловые его разно роты с высокой точностью без наблюдения и подсчета интерференциальных по- лес.

Формула изобретения

Способ измерения перемещения объекта, заключающийся в Toj,4To формируют одномодовый двухчастотный пучок излучения в лазере, фокусируют его на плоскости зеркала резонатора,предназначенного для скрепления с контролируемым объектом,перемешают это же зеркало резонатора,выводят отраженный от него пучок излучения через сферическое зеркало резонатора, фокусируют выведенный пучок на фотоприемнике и измеряют разностную резонансную частоту между обеими частотами пучка

-W

15

20

25 30

20360

излучения,по которой определяют перемещение объекта, отличающийся тем, что, с целью расширения информативности путем контроля также углового положения объекта, формируют второй одномодовый двухчастотный пучок излучения параллельно первому, фокусируют его на то же плоское зеркало резонатора, что и первый пучок, на расстоянии от него, вьшодят отраженный от зеркала пучок из резонатора, фокусируют его на втором фотоприемнике, поворачивают плоское зеркало резонатора и измеряют изменение разностной частоты на каждом из фотоприемников, а угловое положение of, объекта определяют по формуле

1-е f Afp ( . г. . . Ь

10

oL arcsin

ЛГг f,

де

с

uf, ,

ufo

расстояние между центрами пятен обоих пучков излучения на зеркале резонатора; скорость света;

изменение разностной резо- нансной частоты пучков лазера на первом и втором фо- топриемниках соответственно,

I

б

0

12

Изобретение позволяет .измерять линейные угловые перемещения объек- та. Целью изобретения является расширение информативности, путем контроля также углового положения объекта.Формируют два параллельных одномодовых двухчастотных лазерных пучка, фокусируют оба пучка на плоском зеркале резонатора, являющемся общим для обоих пучков и предназначенным для скрепления его с контролируемым объектом. После отражения сфокусированных пучков от зеркала резонатора их выводят из резонаторов через полупрозрачные сферические зеркала резонаторов. Каждый из пучков с помощью линзы проектируют на соответствующий фотоприемник, в котором определяют разностную частоту между рабочими частотами резонатора лазера. В вычислительном блоке определяют угол наклона общего плоского зеркала резонатора с учетом изменения разностных частот в каждом из двух лазерных пучков. 1 ил. СЛ