Измеритель фазы пространственной гармоники оптического волнового процесса с заданным периодом колебаний в реальном масштабе времени Советский патент 1990 года по МПК G01B21/00 

гс:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в кольцевых интерферометрах Саньяка, а также в интерференционных измерителях линейных размеров, где информативным параметром является фаза пространственной гармоники. Цель изобретения - повышение быстродействия и чувствительности - достигается за счет уменьшения числа вычислительных операций и увеличения амплитуды сигнала на выходе фотоприемников путем использования фотоприемников с большей площадью светочувствительной поверхности. Интерференционная картина создается в плоскости фотоприемников, причем интерференционные полосы располагаются перпендикулярно оси, вдоль которой они установлены. Сигналы от фотоприемников подаются на блоки 5, 6 вычитания, в которых вычисляются разности сигналов фотоприемников 1, 2 и 3, 4 соответственно. Блок 7 осуществляет деления сигналов с выходов блоков 5, 6, выходной сигнал с которого подается на блок 8, в котором осуществляется операция ARCTG. Выходной сигнал на выходе блока 8 пропорционален фазе пространственной гармоники. 1 ил.

s2 j К|и)с 10й+-- 81п(|-).

COS + (f),

где I((u) I0+IfT,cos(aj + qt) - пространственная гармоники с частотой Q, фазой

Изобретение относится к измеритель- 21,, . ,Qu, ,QU , t ной технике и может быть использовано )cos(2 + в кольцевых интерферометрах Саньяка, а также в интерференционных измерителях линейных размеров, где информативным параметром является фаза пространственной гармоники.

Цель изобретения - повышение быстродействия и чувствительности за счет JQ постоянной составляющей и амплиту- уменьшения сигнала вычислительных операций и увеличения амплитуды сигнала на выходе фотоприемников путем использования фотоприемников с большей площадью светочувствительной поверхности .

На чертеже представлена блок-схема измерителя фазы пространственной гармоники света в реальном масштабе времени .

15

дои 10 и u размер апертуры фотоприемника. При условии, что размер апертуры равен половине периода

«/ч.

,,5-QL; S,

S4 IoV-u c°8(f

20 для второй пары фотоприемников, сдвинутой относительно первой на А/2, получим

Измеритель состоит из четырех фотоприемников 1-4, причем пара фотоприемников 1 и 2 сдвинута относительно пары фотоприемников 3 и 4 на половину размера апертуры, блоков 5 и 6 вычитания, входы которых подключены соответственно к парам фотоприемников 1,2 и 3,4, блока 7 деления, входы которого подключены к выходам блоков 5 и 6 вычитания, и блока 8 вычисления arctg, вход которого подключен к выходу блока 7 деления.

Измеритель работает следующим образом.

Интерференционная картина создает- ся в плоскости фотоприемников 1,2 и 3,4, интерференционные полосы располагаются перпендикулярно к оси JM , сигналы от фотоприемников подаются на блоки 5,6 вычитания, в которых вычис- ляются разности сигналов от фотоприемников 1,2 и 3,4, сигналы с блоков 5,6 поступают на блок 7 деления, выходной сигнал блока 7 подается на вхо блока 8 вычисления arctg, выходной сигнал которого пропорционален фазе пространственной гармоники.

Выполнение приемной апертуры в виде двух сдвинутых относительно друг друга пар фотоприемников и описанной схемы обработки позволяет получить на выходе устройства сигнал, завися- ций только от фазы пространственной гармоники. Так сигналы от первой пары

Измеритель фазы пространственной гармоники оптического волнового процесса с заданным периодом колебаний в реальном масштабе времени, содержащий четыре оптически связанных фотоприемника, расположенных в одну линию, два блока вычитания, блок деления и блок вычисления arctg, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и чувствифотоприемников S, и Sc соответственно 55 тельности, размер светочувствитель- можно представить какного элемента фотоприемников вдоль лиS, j (I0-Hmcos(c(u+i),&+ нии по которой они расположены, равен половине периода пространственs2 j К|и)с 10й+-- 81п(|-).

COS + (f),

где I((u) I0+IfT,cos(aj + qt) - пространственная гармоники с частотой Q, фазой

21,, . ,Qu, ,QU , t )cos(2 +

постоянной составляющей и амплиту-

постоянной составляющей и амплиту-

дои 10 и u размер апертуры фотоприемника. При условии, что размер апертуры равен половине периода

«/ч.

,,5-QL; S,

S4 IoV-u c°8(f

для второй пары фотоприемников, сдвинутой относительно первой на А/2, получим

Л- Т тГ f

S,.Iel+2l rcoe(- + ((f+ .))s

S,-I0pi cos(((f+L)).

Тогда разность сигналов от первой пары фотоприемников

Sa-S, -™sinC +if) , а разность от второй пары S4-S3 - iI sinCfr if+|))

и отношение

SziS sinCTVf)

,

sinCir + if+l))

cgf

зависит только от фазы пространственной гармоники. Таким образом

C arctg| I.

Формула изобретения

Измеритель фазы пространственной гармоники оптического волнового процесса с заданным периодом колебаний в реальном масштабе времени, содержащий четыре оптически связанных фотоприемника, расположенных в одну линию, два блока вычитания, блок деления и блок вычисления arctg, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и чувствительности, размер светочувствитель- ного элемента фотоприемников вдоль ли5153 309 6

ной гармоники, первый и второй, тре-ники, выходы первого и второго, третий и четвертый фотоприемники образу-тьего и четвертого фотоприемников ют пары, в которых светочувствитель-соединены соответственно с входами ные элементы фотоприемников примы- ,.первого и второго блоков вычитания, |Кают друг к другу, одна пара фотопри-выходы блоков вычитания соединены с емников предназначена для установкивходами блока деления, выход которого со сдвигом относительно другой на чет-соединен с входом блока вычисления верть периода пространственной гармо-arctg.