Цифровое устройство для измерения порядка интерференции Советский патент 1988 года по МПК G01B21/00 

У У7- у. t + у, Уг t + у,- у, I + у,, yj i + yj. у, . Lit + + УГ Уг Ut + У,- Уг Ul + у,- и1 ,

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерения дробной части интерференционной полосы за счет исключения из процесса измерения значения постоянной составля- , ющей сигнала. Устройство состоит из двух каналов, каждй из которых содер-. жит фотопреобразователь 1(2),нормирую- щий усилитель (НУ)3(4), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5(6) следящего типа, формирователь J ( 8) , блок 9(10) коррекции, и схемы обработки, которая включает в себя блок 11 деления, блок 12 вычисления обратных тригонометричных функций, блок 13 формирования сигнала , комбинационную логическую схему 14, реверсивный счетчик 15, первый двухвходовый элемент 16 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй двухвходовый элемент 17 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Сигналы с фотопреобразователей 1 и 2, сдвинутые по фазе на 90 , поступают на нормирующие усилители 3 и 4, с выходов которых сигналы, имеющие нескомпенсированную постоянную составляющую, поступают на входы АЦП 5 и 6. Цифровые коды сигналов поступают на информа ционные входы формирователей 7 и 8, где происходит определение и запоминание значения постоянных составляющих сигналов. Блоки 9 и 10 коррекции удаляют из цифровых кодов сигналов фотопреобразователей значения их постоянных составляющих. С выходов блоков 9 и 10 коррекции сигналы посту- па.ют на информационные входы блоков 13 и 11. С выхода блока 11 деления результат деления подается на блок 12 вычисления обратных тригонометрических функций arctg или arcctg. 4 ил. С/)

- У, t + у,- yit + Уг-уЛ + У,- Уг + У, y, Ut + + У,- Уг- U f - Уг-У, UI + у,, у,. U .

Работа формироват елей 7 и 8 основана на анализе количества импульсов тактового генератора АЦП, поступивших в счетчик между последовательными срабатываниями сравнивающего устройства следящего АЩ1,и анализе соотношения значений кодов сигнала фотопреобразователя, соответствующих тем же-моментам срабатывания сравнивающих устройств АЦП. Анализируются количество импульсов и значения кодов сигнала фотопреобразователя, соответствующие текущему моменту срабатывания сравнивающего устройства АЦП и двум предыдущим срабатываниям. Запоминание текущего и двух предыдущих значений

0

д5

содержимого счетчика 18 осуществляется в регистре 19 сдвига, где Q1 - текущее значение содержимого счетчика; Q2 - содержимое счетчика, соответствующее предыдущему моменту; Q3- содержимое счетчика, соответствующее моменту, предшествующему Q2. Запись текущего содержимого счетчика осуществляется сигналом С, поступающим от сравнивающего устройства новременно этим же сигналом записывается текущее значение цифрового кода сигнала фотопреобразователя в регситр 24 сдвига и устанавливается в единичное состояние триггер 33. Этот же сигйал поступает в схему 23 задержки, время

задержки которой равно общему времени установления всех элементов формирователя. Высокий уровень сигнала с прямого выхода триггера 33 подго- тавливает прохождение сигнала с выхода схемы 23 задержки через элементы 28, 29 и 32, Выход Q1 регистра 24 сдвига соответствует текущему значению сигнала фотопреобразователя , Q2 - предыдущему; Q3 - предшествующему Q2. Первая и вторая схемы 20 и 21 сравнения кодов формируют сигналы сравнения, поступающие на вход первой лог ической схемы 22, которая формирует два сигнала G и Н по алгоритмам:

G g-p;

Н (1 f k) + (g.(ni + n )).,

g , p , 1,

k, m , n - входные сигналы, соответствующие одноименным входам логической схемы 22j 25 G и Н - сигналы, соотвйтст- вующим выходам G и Н логической схемы 22.

Высокий уровень сигнала G форми

руется, если последовательно происходило уменьшение, а затем увеличение содержимого счетчика 18, в противном случае формируется сигнал Н.

Высокий уровень сигнала Н поступает на вход элемента ЗИЛИ-2И 32 и да лее на сдвигаюпше входы регистров 19 и 2/, сдвигая их содержимое на один шаг, на входы R счетчика 18 и триггера 33, сбрасывая их в нулевое состояние. Изменения состояния триггера 30 не происходит, и схема возвращается в исходное состояние.

Высокий уровень сигнала фотопреобразователя, поступаю1Дий на входы элементов И 28 и 29, подготавливает установку триггера 30, Одновременное формирование высоких уровней сигналов G и Н невозможно.

Третьей и четвертой схемами 25 и 26 сравнения кодов осуществляется сравнение текущего и двух предыдущих значений сигнала фотопреобразователя Выходы схем сравнения соединены с входами второй логической схемы 27, которая формирует три сигнала по .-алгоритмам:

V (f -ь е).с,

К d а ;

, 5

0

5

0

0

5

0 5

5

Е d(c + Ъ)+ (f е).(а + ъ), где а, b , о , d,

е, f - входные сигналы, соответствующие одно- именным входам логической схемы 27J

V, К, Е - выходные сигналы, соответствующие одно- нменньм выходам логической схемы 27.

Формирование высокого уровня сиг-| налов V или К при наличии высокого уровня сигнала G подготавливает изменение состояния триггера 30 и соответствует моменту равенства значения цифрового кода входного сигнала формирователя значению постоянной составляющей сигнала фотопреобразователя. Сигнал устанэвки триггера 30 формируется после поступления задержанного сигнала со схемы 23 задержки и поступает одновременно .на элемент ИЛИ 31 и далее на выход h формирователя и на вход элемента ЗИЛИ 2И 32. Сигнал с выхода элемента ЗШ1И-2И 32 сдвигает содержимое регистроЬ 19 и 24 на один шаг и сбрасывает счетчик 18 и триггер 33. При формировании выг doKoro уровня сигнала Е состояние триггера 30 не изменяется, сигнал Е поступает на вход элемента ЗШ1И-2И 32, выходной сигнал которого сдвигает содержимое регистров 19 и 24 на один щаг и сбрасьшает счетчик 18 и триггер 33. Одновременное формирование высокого уровня сигналов V, К, Е Невозможно. После поступления сигнала с выхода элемента ЗИПИ-2И 32 схема формирователя приходит в исходное состояние и готова к отработке следующего цикла, который начинается с приходом сигнала С от сравнивающего устройства АЦП.

Блок 9(10) коррекции работает следующим образом.

Цифровой код сигнала фотопреобразователя с выхода АЦП поступает на вход сдвигающего регистра 35 (фиг. 3). С приходом сигнала С от сравнивающего устройства АЦП содержимое регистра 35 сдвигается на один шаг и после задержки в схеме 38, определяемой временем установления регистра сдвига, задержанный сигнал записывает в регистр 35 новое значение кода сигнала фотопреобразователя. Выход Q1 coo-j- ветствует текущему значеншо сигнала, а вход Q2 - предыдущему значению сиг

нала фотопреобразователя. Сигналом h, формируемым в формирователе 7 или 8, в регистр 36 записывается значени постоянной составляющей сигнала фотопреобразователя. В сумматоре 37 осуществляется вычитание из текущего знчения сигнала фотопреобразователя знчения его постоянной составляющей. Значение постоянной составляющей может корректироваться через половину периода сигнала фотопреобразователя или через четверть длины волны излучения лазера интерферометра, что обеспечивает текущую коррекцию постоянных составляющих сигналов фотопреобразователей.

Блок 13 формирования сигнала (фиг. 4) состоит из схемы 39 сравнения кодов, на входы которой поступают скорректированные значения сигналов фотопреобразователей. D-триг- гером 40, включенным в счетном режиме, фиксируются моменты равенства сигналов фотопреобразователей.

Сигнал и с выхода блока 13 формирования сигнала и сигналы с выходов формирователей 7 и 8 обеспечивают формирование счетных импульсов с дискретностью одной шестнадцатой длины волны излучения лазера. В пределах этой дискретности вычисляется значение дробной части интерференционной полосы.

Формула изобретения

Цифровое устройство для измерения порядка интерференции, содержащее два канала, каждый из которых состоит из фотопреобразователя, нормирующего усилителя, вход которого соединен с выходом фотопреобразователя, аналого-цифрового преобразователя и блока формирования сигнала,

15

е 35

203648

комбинационную логическую схему, входы которой соединены с сигнальными выходами формирователей и блока формирования сигнала, реверсивный счетчик, входы которого соединены с выходами комбинационной логической схемы, блок деления, блок вычисления обратных тригономет0 чески функций arctg или arcctg, вход которого соединен с выходом блока деления , первый двухвходовый элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого подключены к сигнальным входам фор- мироват елей, второй двухвходовый элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, устройство снабжено двумя блоками коррекции,

20 информационные входы которых соединены с выходами аналого-цифровых прег образователей каналов, первые управляющие входы блоков коррекции -соединены с управляющими выходами форми25 рователей, информационныг выходы

блоков коррекции соединены с информационными входами блока деления и блока формирования сигнала, выход блока формирования сигнала подключен к

20 управляющему входу блока деления и первому входу второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход - с управляющим входом блока вычисления обратных тригонометрических функций, входы аналого-цифровых преобразовате- лей соединены с информационными входами формирователей, а выходы сравни4Q вающих устройств аналого-цифровых

преобразователей соединены с управляющими входами формирователей и вто- рьми управляющими входами блоков коррекции каналов.

(Put. J

Фиг,