Устройство для измерения перемещения объекта Советский патент 1989 года по МПК G01B11/02 G01B9/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам первичных преобразо - вателей на дифракционных решетках в качестве мер, использующих муаровые или интерференционные полосы ..для отсчета линейных перемещений.

Цель изобретения - повьппение точности и чувствительности измерения величины перемещения объекта за счет уменьшения цены интерференционной полосы оптическими средствами.

На чертеже представлена схема устройства для измерения перемещения объекта,

Устройство содержит меру 1, пред-т. назначенную для связи с объектом, установленные по одну сторону меры 1 последон.чтельно и связанные оптичес- ко л связью с мерой 1 лазер 2, коллиматор 3, яерклльн то призму 4, свето- делитр.1и)Ньп 1 кубик 5 и два фотоприемника 6 и 7, размещенные по другую сторону меры 1 оптически связанные элементы: в первом плече - пара призм 8 и 9 перед фазовой пластиной 10 и отражателем 11, жестко связанным с мерой 1 и установленным на ее краю; во втором плече - другая пара призм 12 и 13 перед последовательно размещенными второй фазовой пластиной 14 и отражателем 15, также жестко связанным с мерой 1 и установленным на другом ее конце.

Устройство работает .cлeдyюпц м образом.

Мера 1 освещается монохроматическим пучком от лазера 2, сформированного коллиматором 3 и отраженного от грани зеркальной призмы 4. Пучок L дифрагирует с образованием максиму-. мов р-го и q-ro порядков дифракции L. и L , формирующих соответственно первую и вторую ветви устронстня.

СП

00

о

05

в первой ветви пучок L последова-г тельно проходит призму 8,-фазовую пластину 10, отражатель 11, примем после призмы 8 пучок распространяется параллельно направлению рабочего смещения меры. Далее пучок L воз- вращае- ся отражателем 1 в обратном направлении, проходит фазовую пластину 10, призму 9,и освещает меру на Соседнем участке.

Во гторой ветви пучок L, пройдя последовательно призму 12, фазовую пластину 14, отражатель 15, вновь фазовую пластину 14, призму 13, также освещает меру на то же участке, что и пучок L.

При движении меры 1 нормально своим штрихом движутся также и отражатели 11 и 15. Причем, если в одной ветви оптическая длина хода луча, например L,, увеличивается .,, то в другой 1.:2 уменьшается на такую же величину /JLj, но с обратным знаком. Суммарное приращение разности хода пучков L , и L ,j в точке сложения равМО

,(-AL2)2dL,2dL,. Суммарный пучск, отразившись от грани зеркальной призмы 4, падает на светоделительный кубик 5 и далее на фотоприемники 6 и 7 Цена ЕО интерференционно-муаровой полосы рассчитывается по формуле

i- )+ fj

пример, пучок L

10

15

20

25

падает под углом, равным углу дифракции вгопого по|)йдг ка, т,е„ 2, а пучок L - под углом, равным углу дифракции третьего порядка, т,е. (знаки учитывают различные направления падения пучков на меру). Тогда при их взаимодействии с мерой на втором участке образуется повторная дифракция, а вы- деленные порядки LliL интерферируют друг с другом. При этом цена интерференционной полосы находится из выражения

г - 2ТрЧ

т.е. на порядок меньше, чек шаг ш меры.

Следовательно, меняя углы падения пучков L и L и устанавливая их в заданной комбинации, можно легко переналаживать схему и добиваться нужной цены интерференционно-муа 7овой полосы.

eiCt.Формула изобретения

Устройство для измерения перемещения объекта, содержащее источник ко- геркнтиого изл, чeния, расположенные 30 по ходу изл. коллиматор, зеркальную призму, меру, предназначаемую для крепления на объекте, расположенные за мерой по направлению однопо- рядковых дифракционных максимумов 35 первую фазовую пластинку и первый

отражатель и вторую фазовую пластин- где , ы/2т - цена интерференционной у второй отражатель, расположенньй полосы при смещении только одной решетки;

j ff/Z - цена интерференцион- ,Q пучков первый и второй фотоприемни- ной полосы при смещении ки, отличающееся тем, только одного из отража цепью повышения точности и ..

чувствительности измере ния, оно снабг жено четырьмя призмами, установленны- 45 ми попарно в направлении однопоряд(JJ - шаг меры;ковых дифракционных максимумов между

мерой и фазовыми пластинками и оптически с ними связанными и ориентиро- порядки выделяемых макси- .1,анными так, что угол отклонения

. МУМОВ дифракции,CQ

в общем углы падения пучков

L .j на меру могут быть отличны друг от друга и от начальных углов

Б выходном пучке делительный кубик и расположенные в каждом из разделенных

телей при неподвижном втором и неподвижной мере; шаг меры;

т |q-p|, .t2,

q tl f ,

L, и Li xj

призм составляет величину (90 - о(), где SJ. - угол распространения выделяемых дифракционных максимумов, а отражатели выполнены с возможностью перемещения, установлены на концах меры и жестко с ней связаны.

дифракции, под которыми они дифрагируют на первом участке меры 1, На-518667

пример, пучок L

10

15

20

25

падает под углом, равным углу дифракции вгопого по|)йдг ка, т,е„ 2, а пучок L - под углом, равным углу дифракции третьего порядка, т,е. (знаки учитывают различные направления падения пучков на меру). Тогда при их взаимодействии с мерой на втором участке образуется повторная дифракция, а вы- деленные порядки LliL интерферируют друг с другом. При этом цена интерференционной полосы находится из выражения

г - 2ТрЧ

т.е. на порядок меньше, чек шаг ш меры.

Следовательно, меняя углы падения пучков L и L и устанавливая их в заданной комбинации, можно легко переналаживать схему и добиваться нужной цены интерференционно-муа 7овой полосы.

отражатель и вторую фазовую пластин- у второй отражатель, расположенньй

пучков первый и второй фотоприемни- ки, отличающееся тем, цепью повышения точности и ..

Б выходном пучке делительный кубик и расположенные в каждом из разделенных

призм составляет величину (90 - о(), где SJ. - угол распространения выделяемых дифракционных максимумов, а отражатели выполнены с возможностью перемещения, установлены на концах меры и жестко с ней связаны.

Ч /, „ /v/V

/У

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений по интерференционно-муаровым полосам. Целью изобретения является повышение точности и чувствительности измерений за счет уменьшения цены интерференционной полосы. Для этого устройство снабжено двумя парами призм, расположенных так, что дифрагированные пучки после отражения от них распространяются вдоль направления смещения меры, а отражатели выполнены с возможностью перемещения и жестко закреплены на концах меры. Такое расположение элементов обеспечивает получение интерференционно-муаровых полос с регулируемой ценой полосы. 1 ил.

Составитель В.Бахтин Редактор ИоКасарда Техред Л.Сердюкова Корректор М.Максимишннец

Заказ 6596/45

Тираж 683

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

iK,,....««.«.v -, и |Ш-П1 -| Г- Ж - гт - - --TJ- I- - i..«-- - - - - -Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Подписное