Устройство для измерения сдвига ахроматической полосы в интерферометре Советский патент 1990 года по МПК G01B9/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых перемещений различных объектов.

Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений при изменении мощности потока излучения, падающего на фотоприемник интерферометра,

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема интерферометра белого света с модулятором оптичес- кой разности хода и фотоприемником; на фиг. 3 - регистратор (при .использовании устройства в качестве нуль- органа); на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит интерферометр 1 белого света, выполненный в виде (фиг. 2) оптически связанных между собой источника 2 белого света, кол- лимирующей оптики 3, светоделитель-- ной пластины 4, опорного зеркала 5, жестко скрепленного с модулятором 6, измерительного зеркала 7, жестко , скрепленного с перемещающимся объектом 8, и установленного на выходе интерферометра 1 белого света фо- топриемника 9, подключенные измерительными входами к выходу фотоприемника 9 аналого-цифровой преобразователь 10 параллельного типа и компаратор 11, выход которого соединен с входом второго формирователя 12, выход которого соединен с первым входом элемента И 13, выход которого соединен с тактирующим входом аналого-цифрового преобразователя 10, вы- ход которого соединен с первым входо схемы 14 сравнения и информационным входом первого регистра 15, выход которого соединен с вторым входом схемы 14 сравнения, выход которой соеди нен с тактирующими входами первого 15 и второго 16 регистров, генератор 17, выходом соединенный с вторым входом элемента И 13 и информационным входом счетчика 18, выход которого соединен с информационным входом регистра 16, выход которого соединен с информационным входом регистратора 19, стробирующий вход которого подключен к выходу формирователя 12. Тегистратор 19 (фиг. 3) выполнен в виде регистра 20, выходом соединенного с первым входом схемы 21 сравнения, второй вход которой подключен к

выходу регистра 16, А выход соединен с первым входом элемента И 22, и инвертора 23, входом подключенного к выходу формирователя 12 и соединенного выходом со входом формирователя 24, выход которого соединен с вторым входом элемента И 22. На вход регистра 20 подается цифровой сигнал Ус- танка, соответствующий нулевой величине сдвига ахроматической полосы. Результат сравнения формируется на выходе элемента И 22.

Устройство также содержит генератор 25 линейно нарастающего напряжения, выходом соединенный с модулятором 6 интерферометра 1 и входом первого формирователя 26, выход которого соединен с входами обнуления первого 15 и второго 16 регистров и счетчика 18, источник 27 напряжения, подключенный к опорному входу компаратора 11.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 25 линейно нарастающего напряжения (фиг. 1) формирует управляющий линейно нарастающий сигнал, который приводит в возвратно поступательное движение модулятор 6 и вместе с ним опорное зеркало 5. В каждом такте модуляции фотоприемник 19 регистрирует переменный световой сигнал, характеризующий сме щение интерференциальной картины в плоскости анализа фотоприемника 9, и преобразует его в переменный фотоэлектрический сигнал. Переменный фотоэлектрический сигнал с выхода фотоприемника 9 после фильтрации и усиления направляется на вход аналого-цифрового преобразователя 10 и компаратора 11. На опорный вход компаратора 11 подается напряжение U

определяемое из соотношения

ср

иср иг

и),

где U4, U. локальные максимумы переменного фотоэлектрического сигнала (фиг.4). По достижении переменным сигналом уровня UCp срабатывает компаратор 11, сигнал с выхода которого подается на вход формирователя 12, формирующего импульс продолжительностью t 3Tt , где Т - период переменного фотоэлектрического сигнала (фиг. 4). Сформированный импульс поступает на

первый вход элемента И 13, на второй вход которого поступает последовательность тактирующих импульсов с генератора 17, При этом часть импуль- сов, отвечающих временному интервалу с длительностью ЗТсср, проходят на выход элемента И 13 и далее на тактирующий вход аналого-цифрового преобразователя 10. При поступлении на тактирующий вход аналого-цифрового преобразователя 10 тактирующих импульсов последний осуществляет ряд измерений значений переменного фотоэлектрического сигнала, отвечающих моментам поступления тактирующих импульсов.

Измеренные значения напряжений поступают на входы схемы 14 сравнения и регистра 15„ Схема 14 сравнения осуществляет сравнение вновь поступившего на ее вход кода с ранее запомненным в регистре 15 кодом. После сравнения максимальное из двух сравниваемых значений кодов запоминается по сигналу переписи, формируемому схемой 14 сравнения в регистре 15, а на вход переписи регистра 16 подается сигнал переписи, свидетельствующий о регистрации очередного максимального значения. Счетчик 18 осуществляет счет тактирующих импульсов поступающих на его информационный вход с выхода генератора 17. В момент поступления очередного сигнала переписи с выхода схемы 14 в регистр 16 осуществляется перепись содержимого счетчика 18, а счетчик 18 продолжает счет тактирующих импульсов. В начале каждого такта модуляции содержимое регистров 15 и 16 и счетчика 18 обнуляется.

Сигнал с выхода формирователя 12 поступает на вход инвертора 23 регистратора 19 и далее на формирователь 24 Коротких импульсов. С выхода последнего сигнала подается на первый вход элемента И 22. На второй вход этого элемента подается потенциальный уровень с выхода схемы 21 сравнения, осуществляющий сравнение кодов, записанных в регистрах 16 и 20. Содержимое регистра 20 задается в начале измерений и остается неизменным в течение всего процесса измерения„ Формируемый по результатам сравнения потенциальный сигнал на выходе схемы 21 сравнения на каждом периоде модуляции стробируется коротким импульсом

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

формирователя 24, при эiом по характеру сигнала на выходе элемента И 22, регистратора 19 судят о положении ахроматической полосы по отношению к ее 1гулевому положению, характеричуе- мому кодом, записанным в регистр 20, т.е. о сдвиге ахроматической полосы. Полученная таким образом информация позволяет, например, контролировать характер смещения зеркала 7 интерферометра 1, жестко связанного с объектом 8 контроля, и регистрировать отклонения зеркала 7 от его начального положения.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить надежность измерений при изменении мощности начала излучения, падающего на фотоприемник интерферометра, за счет фиксации из нескольких максимумов электрического сигнала, снимаемого с фото-. приемника интерферометра только центрального максимума.

Формула изобретения

Устройство для измерения сдвига ахроматической полосы в интерферометре, содержащее интерферометр белого света с модулятором оптической разности хода и установленным в плоскости анализа фотоприемником, выход которого соединен с измерительным входом компаратора, к опорному входу которого подключен источник напряжения, генератор линейно нарастающего напряжения, выход которого соединен с входом модулятора оптической разности хода интерферометра и входом первого формирователя, счетчик, счетный вход которого подключен к генератору, вход обнуления счетчика подключен к выходу первого формирователя, регистратор с информационным и стробирующим входами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений при изменении мощности потока излучения, падающего на фо- топрнемник интерферометра, оно снабжено вторым формирователем, элементом И, аналого-цифровым преобразователем, первым и вторым регистрами, схемой сравнения, вход второго формирователя подключен к-выходу компаратора, выход второго формирователя соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен

к выходу генератора, выход элемента И соединен с тактирующим входом аналого-цифрового преобразователя, измерительный вход которого подключен к выходу фотоприемника, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом схемы сравнения и информационным входом первого регистра, вход обнуления которого подключен к выходу перфого формирователя, выход первого регистра соединен с вторым

входом схемы сравнения, выход которой соединен с тактирующими входами первого и второго регистров, входы обнуления которых подключены к выходу первого формирователя, информационный вход второго регистра подключен к выходу счетчика, выход второго регистра соединен с информационным входом регистратора, стробирующий вход которого подключен к выходу второго формирователя.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение надежности измерений при изменении мощности потока излучения, падающего на фотоприемник. Интерферометр 1 формирует ахроматическую полосу, которая сканирует относительно фотоприемника 3 и перемещается при перемещении объекта, связанного с интерферометром. Сканирование ахроматической полосы задается генератором 25 линейно нарастающего напряжения и реализуется с помощью модулятора 6 оптической разности хода. По первому максимуму электрического сигнала, снимаемого с фотоприемника 9, формируется временной интервал с помощью компаратора 11 и формирователя 12. Временной интервал с помощью элемента И 13 и генератора 17 заполняется импульсами, которые запускают аналого-цифровой преобразователь 10. Временной интервал с начала сканирования преобразуется счетчиком 18 в код, который переписывается в регистр 16 по сигналам управления, формируемым схемой 14 сравнения. Последний импульс, формируемый схемой 14 сравнения, сравнивающей входные коды и коды, заполненные в регистре 15, формируется в момент прохождения центрального максимума ахроматической полосы. Заполненное в регистре 16 максимальное значение кода регистрируется регистратором 19 по окончанию цикла сканирования. Формирователь 26 формирует импульс сброса регистров и счетчика. 4 ил.

С регистра 16

20

21

1

С формирователя 12 Фие.д

Фиг. 2

22

гъ

24

1

ро

HI макс

«t П

J

n

J J J t

t t t

It

111

A/

nw

П

0//г