Устройство для измерения перемещений Советский патент 1989 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для прецизионных измерений перемещений.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения перемещений.

Указанная цель достигается за счет преобразования измеряемого пе- реме1 4ения в изменение частоты излучения измерительного лазера относительно частоты излучения опорного лазера.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения перемещений содержит оптически связанные через светоделитель 1 опорный лазер 2 и измерительный лазер, образованный активным элементом 3 и зеркалами k и 5, фотоприемник 6, подключенный к нему частотомер 7, снабженный выходным регистром для вывода информации в двоично-десятичном коде, и пьезо- корректор 8, закрепленный на первом зеркале измерительного лазера. К выходному регистру частотомера подключен программируемый вычислительный блок 9, программно задающий работу управляю1цего блока 10, управляющего длиной резонатора измерительного лазера, Для этого выходы управ- ляю1цего блока 10 подключены соответственно к пьезокорректору 8 и приводу 11 для перемещения второго зеркала 5 вдоль оптической оси измерительного лазера, образованному шаговым электродвигателем, механически связанным с микрометрическим винтом, на котором и крепится второе зеркало 5. Устройство также содержит вакуумную камеру 12 с оптическими окнами 13 и , охватывающую светоделитель 1 и измерительный лазер.

Устройство работает следующим образом.

В вычислительный блок 9 пользователем на одном из алгоритмических языков программирования, например АССЕМБЛЕР, заносится программа перемещения. В программе указываются коды частотомера 7, привода 11, пьезо- корректора 8, как периферийных узлов и способы взаимосвязи вычислительного блока 9 с ними, длина резонатора измерительного лазера, когда второе зеркало 5 находится в начальном положении. В программе также указываются длина волны излучения в вакууме опорного лазера, значение скорости света в вакууме, формула для подсчета вычислительным блоком 9 перемещения зеркала из начальной в конечную точку, величина неопределенности фиксации момента совпадения частот излучений измерительного и опорного лазёров, т.е. насколько частоты излучений опорного и измерительного лазеров могут отличаться, чтобы их считать совпадающими,

В начальном состоянии разностная

частота излучений опорного и измерительного лазеров, фиксируемая фото- Приемником 6 и частотомером 7, в двоично-десятичном коде поступает в вычислительный блок 9. Если значение

разностной частоты отлично от нуля, вычислительный блок 9 вырабатывает логическую единицу, поступающую в управляющий блок 10, который при этом увеличивает напряжение, подаваемое на пьезокорректор 8. При увеличении напряжения пьезокорректор 8 изменяет длину резонатора измерительного лазера, тем самым изменяя значение разностной частоты. Когда

значение разностной частоты становится равной нулю, вычислительный блок 9 вырабатывает уровень логического нуля, поступающий в управляющий блок 10, который при этом прекращает увеличивать напряжение, подаваемое на пьезокорректор 8. Таким образом, изменением длины резонатора измерительного лазера достигается совпадение частот излучений опорного 2 и

измерительного лазеров.

Далее вычислительный блок 9 в соответствии с вбеденной пользователем программой перемещает второе зеркало

5 вдоль оптической оси измерительного лазера из начальной точки в конечную. Это и есть измеряемое перемещение. Оно осуществляется с помощью управляющего блока 10 и привода 11, образованного шаговым электродвигателем, механически связанным с микрометрическим винтом, необходимым для преобразования угловых перемещений оси шагового электродвигателя в линейное

перемещение второго зеркала 5. При таком перемещении будет изменяться длина резонатора измерительного лазера и, следовательно, значение разностной частоты излучений измеритель51

ного и опорного лазеров. Последовательно соединенные фотрприемник 6, частотомер 7, вычислительный блок 9 подсчитывают сколько раз частота излучения измерительного лазера совпала с частотой излучения оптически связанного с ним высокостабильного лазера при перемещении зеркала (N), а также частоту излучения измери- тельнбго лазера, когда зеркало 5 находится в конечной точке (v). В вычислительном блоке 9 реализуется подсчет перемещения зеркала по указанной в программе формуле:

N.A.

V,-,- (L, +Н-Лв),

где Ло - длина волны в вакууме излучения опорного лазера; с - скорость света в вакууме; длина резонатора измерительного лазера, когда второе зеркало 5 находится в начальной точке.

16783

Формула изобретения 1, Устройство для измерения перемещений, содержащее оптически свя- , занные через светоделитель опорный лазер, измерительный лазер, образованный активным элементом и двумя зеркалами, фотоприемник, подключенный к нему частотомер и пьезокоррек10 тор, закрепленный на первом зеркале измерительного лазера, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения перемещения, оно снабжено

tS вычислительным и управляЮ1 (им блоками, последовательно подключенными к частотомеру, и приводом, предназначенным для перемещения второго зеркала измерительного .лазера вдоль его оп20 тической оси, выходы управляющего блока подключены соответственно к пьезокорректору и приводу.

2. Устройство по п,1, отличающееся тем, что оно снабжено

25 вакуумной камерой с оптическими окнами, охватывающей светоделитель и измерительный лазер.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения перемещений, которая достигается за счет преобразования измеряемого перемещения в изменение частоты излучения измерительного лазера в вакууме относительно частоты излучения опорного лазера в вакууме. В вычислительный блок 9 заносится программа перемещения, в которой указываются коды частотомера 7, привода 11, пьезокорректора 8 как периферийных узлов и способы взаимосвязи с ними вычислительного блока 9, длина резонатора измерительного лазера при нахождении второго зеркала 5 в начальном положении. В начальном состоянии разностная частота излучений опорного и измерительного лазеров, фиксируемая частотомером 7, поступает в вычислительный блок 9. Если значение разностной частоты отлично от нуля, вычислительный блок 9 вырабатывает сигнал, поступающий в управляющий блок 10, который увеличивает напряжение, подаваемое на пьезокорректор 8, который изменяет длину резонатора измерительного лазера. Таким образом, изменением длины резонатора измерительного лазера достигается совпадение частот излучений опорного измерительного лазеров. Вычислительный блок 9 в соответствии с программой перемещает второе зеркало 5 вдоль оптической оси измерительного лазера, при этом изменяется длина его резонатора и, следовательно, значение разностной частоты излучений измерительного и опорного лазеров. Вычислительный блок 9 подсчитывает сколько раз частота излучений лазеров совпала, а также частоту излучения измерительного лазера, когда второе зеркало 5 находится в крайнем положении. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.