Способ измерения изменения фазового сдвига световых волн Советский патент 1991 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для контроля перемещений.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений за счет ограничения изменения частоты электрического сигнала в зависимости от фазового сдвига.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ.

Устройство состоит из оптически связанных лазера 1, интерферометра Майкель- сона, выполненного из светоделителя 2, оптически связанных светоделителем 2 измерительного отражателя 3 и опорного отражателя 4, и двойного оптического клина 5, расположенного между отражателем 3 и светоделителем 2, оптически связанных с светоделителем 2 линзы 6, акустооптическо- го модулятора 7 с излучателем 8 ультразвуковых волн, диафрагмы 9, оптического блока 10 и фотоприемника 11, коммутатора 12, включенного между выходом фотоприемника 11 и входом излучателя 8, генератора 13 гармонических колебаний, выход которого подключен к второму входу коммутатора 12, и частотного детектора 14, вход которого подключен к выходу фотоприемника 11.

Способ осуществляют следующим образом.

Излучение лазера 1, направляемое на светоделитель 2, делится на измерительный и опорный световые пучки. Отраженные от отражателей 3 и 4 световые потоки Еи и Е0п пространственно совмещаются на светоделителе 2 под углом дифракции а, задаваемым двойным оптическим клином 5, и направляются на модулятор 7, в котором посредством возбуждения генератором 13 через коммутор 12 излучателя 8 создается бегущая ультразвуковая волна (У38). После дифракции световых волн Еи и Е0п на V3B диафрагмой 9 отфильтровывают на блок 10 пространственно совмещенные порядки дифракционного спектра: нулевой дифрак(Л

С

о о со со

00

го

ционный порядо измерительной световой воьны Ри(о) и любой из первых порядков дифракции опорной световой волны Е0п(1). Блок 10 позволят регулировать угол смещения порядков дифракционного спектра, изменяющегося под действием положительной обратной связи через коммутатор 12, обеспечивая необходимый пространственный период между резкими изменениями (срывами) частоты выходного сигнала, тем самым дает возможность варьировать разрешающую способность устройства.

Пространственно совмещенные порядки дифракционного спектра после блока 10 направляются на фотоприемник 11, формирующий выходной электрический сигнал с частотой, равной разности взаимодействующих частот порядков дифракции Еи(о) и Е0п(1). Сигнал Увых поступает на вход частотного детектора 14, при помощи которого фиксируются срывы частоты, и по каналу положительной обратной связи через коммутатор 12 - на возбуждение излучателя 8. Генератор 13 гармонических колебаний на частоте f0 и коммутатор 12 служат для организации положительной обратной связи. Генератор 12 обеспечивает возбуждение излучателя в моменты нарушения оптической связи в устройстве и в начальный момент работы.

Сущность способа заключается в следующем.

Световые волны Еи и Е0п после взаимодействия с УЗ В и пространственной фильтрации описываются упрощенными выражениями

-j( ±Ai o)t En(t) Еи(о) Р, (3)

а выражение (2) на основании (3) записыва- егся как

ивых U0 sin (2 л (fM ± Д f))t, (A)

где ± Af ±v0 - частотный сдвиг выходного сигнала,

Наличие положительной обратной связи при изменении частоты выходного сигнала приводит к изменению согласно (4) частоты УЗ В в модуляторе 7 вследствие конечной скорости распространения УЗВ Vy3B. достигающей координаты взаимодействия YO за время, определяемое по формуле

Ат

Уо

V

уз в

(5)

Установлено, что между срывами частоты выходного сигнала существует линеч/шая зависимость от измеряемого сдвига фаз 25 , описываемая выражением

f Кп рвх ,

(6)

1

где Кп - коэффициент передачи Кп -д-

Угол дифракции интерферирующих световых волн определяется следующим образом

35

а arcsin

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, Цель изобретения - расширение диапазона измерений за счет ограничения изменения частоты электрического сигнала в зависимости от фазового сдвига. Способ заключается в фотосмешении порядков опорного и измерительного пучков, прошедших через акустооптический модулятор, преобразовании оптического сигнала в электрический сигнал, изменении частоты возбуждения акустооптическо- го модулятора в зависимости от частоты электрического сигнала и определении моментов резкого изменения частоты электрического сигнала. 1 ил,

Еи(т,) Еи(о) I

--/it

Eon(t) Еоп(1) Р

-j(l-fm)t

где Еи(0) - нулевой порядок дифракции световой волны;

Еоп(1) - первый порядок дифракции световой волны;

V0 - оптическая частота;

fM -частота УЗ В.

В результате фотосмещения разноча- стотных оптических компонент Еи(о) и Еоп{1) на выходе фотоприемника формируется выходной сигнал, который описывает- ся как

ивых и081п2лтмт..(2)

Учитывая, что при перемещении контролируемого объекта возникает доплеров- ский сдвиг частоты (±Av0) измерительной световой волны, выражение (1) для Ец(т.) принимает вид

Vv

где А-длина УЗВ, А .

TM

При изменении частоты выходного сигнала по (4) изменяются частота УЗВ, длина УЗВ и угол дифракции а . При достижении частоты выходного сигнала определенного значения Af происходит срыв частоты

вследствие ухода опорной световой волны за пределы устойчивого фотоприема. Блок 10 позволяет задавать пространственный период между срывами частоты выходного сигнала посредством регулирования угла

смещения дифракционных порядков.

Пространственный период между частотными срывами выходного сигнала

55

I - ° ftf 4 п Vy,B

а фазовые сдвиги световой волны, соответствующей пространственному перио- ДУ

4,TL Формула изобретения Способ измерения изменения фазового сдвига световых волн, заключающийся в том, что направляют на акустооптический модулятор опорную и измерительную световые волны, совмещают порядки дифракции выходного спектра путем фотосмещения, преобразуют оптический сигнал в электрический в зоне фотосмещения, измеряют ча0

стоту электрического сигнала и изменяют частоту возбуждения акустооптмческого модулятора в зависимости от частоты электрического сигнала, отличающийся гем. что, с целью расширения диапазона измерений, выбирают угол между дифракционными порядками, исходя из требуемого диапазона измерений, фиксируют срыв колебаний частоты электрического сигнала, а об изменении фазового сдвига измерительной световой волны судят по количеству срывов колебаний частоты.