Способ измерения перемещения объекта и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01B11/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к способам и устройствам, использующим муаровые и интерференционные полосы для отсчета линейных перемещений.

Цель изобретения - повышение точности отсчета величины перемещения объекта с помощью меры дифракционной решетки) за счет исключения ошибки, вызванной непрямолинейностью движения меры при ее угловых перекосах.

На чертеже представлена схема устройства для осуществления способа.

Устройство содержит оптически связанные и установленные друг за другом лазер 1, коллиматор 2, светоделитель 3 и зеркальную призму 4; которая оптически связана с мерой 5. По одну сторону меры 5 вместе с элементами, обеспечивающими освещение меры, установлен светоделчтельный кубик 6, оптически с в я з а н HI-IH с мерой 5 и зеркальной призмой 4 и первым и вторым фотопрнемниками 7 и 8, установленными за ней.

По другую сторону меры 5 уста.човле- ны оптически связанные с ней первая и вторая фазовые пластинки 9 м 10, первый и второй отражатели П и 12, а также фотоприемник 13.

Способ осуществляется след К1Щим образом.

Освещают один и тот же участок решетки двумя коллимироплиными пучками. Причем угол между пучклмя

СП

00 С5 О5

Э5

равен удвоенному углу выделяемого порядка дифракции Например, если необходимо вьщелить дифрагированные пучки первого порядка, т.е. Ч ,, то угол между осбещающими пучками I (-С(,+о() I 2 Lf. Далее выделяют од- нопорядковые дифракционные максимумы S и S с образованием первой системы интерференционных полос, а также порядки с тем же номером, но противоположные по знаку S иS , которые после оборачивания волновог фронта на 180° складывают по амплитде на соседнем участке меры с обра- зованнем второй системы интерференционных полос Известно, что цена интерференционной полосы для одно- растровой схемы находится из вьфа- жения g

где w - шаг регаетки;

т Kp-q),

р, q - порядки дифракции. Например, если пучки падают на решетку под углом о Lf, , то

Р JJ

(ПГ 2 Вторая система иитерференционньпс полос образуется пучками тех же порядков, но угол падения их на решетку будет в два раза больше, чем в схеме прототипа, что соответствует второму порядку дифракции. Поэтому

ы

,. -

2 l(2-T-2Tl 8

Дополнительный коэффициент 2 в знаменателе появляется за счет сложения на втором участке тех же пучков, которые разделились на первом участке, а следовательно, получают удвоенное приращение фазы оптических сигналов при смещении решетки.

Далее обе сформированные системы интерференционных полос считьшают с получением импульсов фототока, по чилу которьк определяют величину перем шения дифракционной решетки. Причем по первой интерференционной картине

ведут грубый отсчет с ценой импуль са , UJ/2, а по второй - точный, с ценой импульса 8г w/8.

Q 5 0

5

0

Особенность способа состоит ъ TOMJ что в общем случае углы падения начальных пучков на решетку могут быть не равны друг другу, т.е I - о I э +о а равны своему выделяемому порядку дифракции. Следовательно, меняя углы падения начальных пучков S, и S . и устанавливая их в заданной комбинации, можно легко переналаживать схему и добиваться нужной цены интерференционной полосы

Устройство работает следующим образом

Монохроматический пучок от лазера 1 формируется коллиматором 2 и падает на светоделитель 3. Прошедший светоделитель 3 пучок направляется зеркальной призмой ч на меру (дифракционную решетку) 5, а отраженный непосредственно от светоделителя пучок направляется на тот же участок меры 5, Результато.м взаимодействия двух пучков S, и .Й2 при выполнении условия |(-о(, + с ) I -(-f является возникновение первой интерференционной картины S , S сценой полосы f, , которая считывается фотоприемником 3, Вторяя пара однопорядковых максиму- Q нов S J, и S,, пройдя фазовые пластинки 9 и 10, отразившись соответственно от отражателей 11 и 12 и получив при этом разворот волнового фронта на 180 , падает на соседний участок меры 5, Угол между пучками S и S , составляет 4Lp. Результатом их вза- имодействия с мерой является возникновение второй интерференцион}юй картины S, S , с ценой полосы , которая посредством зеркальной призмы 4 и светоделительного кубика 6 направляется на считывающие фотоприемники 7 и 8.

При движении меры 5 интерференционные полосы в обеих картинах перемещаются, регистрируются фотоприемниками и по их числу определяют величину смещения меры и связанного с ней объекта. Период интерференционных полос стабилен, непрямолинейность движения объекта и меры не вносит ошибки в измерения при углах перекоса i to( ,

5

0

5

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения линейных перемещений. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет исключения ошибки, вызванной непрямолинейностью движения меры при ее угловых переносах. Для этого меру одновременно с первым пучком когерентного излучения освещают вторым пучком, направленным к первому под углом, равным удвоенному углу дифракции выделяемых порядков, складывают выделенные однопорядковые максимумы по амплитуде и путем счета интерференционных полос при смещении меры измеряют перемещение объекта. Формирование второго пучка осуществляют светоделителем, установленным между коллиматором и зеркальной призмой, а регистрацию картины полос - третьим фотоприемником, оптически связанным с мерой. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

По сравнению с прототипом, где r, (jj/4, предлагаемый способ имеет 2 раза большую точность при прочих pasHtrx условиях и инвариантен угловым перекосам меры.

Формула изобретения

ют ее коллимированным пучком света, вьщеляют однопорядковые дифракционные максимумы, одновременно складывают их по амплитуде на соседнем участке и оборачивают волновой фронт на 180 , регистрируют интерференционные полосы, считывают их при движении меры и по числу полос определяют величину перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, одновременно с освещением меры основным пучком освещают ее дополнительным пучком, направленным к основному под углом, равным удвоенному углу дифракции выделенных порядков

Составитель В.Бахтин Редактор И.Касарда Техред Л.Сердюкова Корректор Э.Лончакова

Заказ 6596/45

Тираж 683

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

66

с целью повышения точности измерения, оно снабжено светоделителем, размещенным между коллиматором и зеркальной призмой, и третьим фотоприемником, оптически связанным с мерой.

Подписное