Относительный интерферометр Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

сл

С

Изобретение относится к области геодезии, метрологии, оптической интерферометрии и может быть использовано для измерения расстояний. Цель изобретения - упрощение процесса измерений при выравнивании длин плеч интерферометра, достигается введением в традиционную схему от- носительногоинтерферометра дополнительных полупрозрачных зеркал 5 и 6 и устройства контроля равенства длин плеч, состоящего из оптических затворов 8 и 9, установленных перед фотоприемниками 11 и 12 и генератора импульсов 10, подключенного к оптическим затворам 8 и 9, а также коррелятора 15, полезный эффект от применения предлагаемого изобретения заключается в сокращении времени высокоточного измерения длины линии оптиче- ским относительным интерферометром. 2 ил.

vi сл

00

4

со ho

Изобретение относится к геодезии, метрологии, оптической интерферометрии и может быть использовано для измерения расстояний.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерений интерферометра путем коррелометрии интенсивностей.

На фиг, 1 показана блок-схема предлагаемого относительного интерферометра; на фиг. 2 -спектры интенсивности светового пучка источника излучения N(f), стробиру- ющих импульсов Sc(f), спектр SK(f) информационных коррелированных компонент на входе коррелятора, а также показан принцип преобразования широкополосного сигнала интенсивности светового потока в сравнительно узкую полосу коррелятора,

Устройство содержит источник 1 излучения, полупрозрачное расщепительное зеркало 2, калибровочную оптическую линию задержки 3, зеркало 4, полупрозрачные зеркала 5 и 6, коррелометр 7 интенсивности пучков, состоящий из оптических затворов 8 и 9, генератор 10 стробирующих импульсов, фотоприемники 11 и 12, усилители 13 и

14,коррелятор 15 и измеритель 16 контраста интерференционной картины. В статике световой пучок источника 1 направлен к зеркалу 4 так, что отраженный им свет посредством зеркал 2 и 5 направлен на первый вход коррелометра интенсивностей 7, а также на первый вход измерителя 16. Часть пучка источника 1 посредством зеркала 2 направлена в линию 3, с выхода которой с помощью зеркала 6 подается на вторые входы коррелометра 7 и измерители 16, Коррелометр 7 выполнен в виде оптических затворов 8 и 9, оптически связанных с первым и вторым входами коррелометра 7 соответствуй но, за которыми установлены фотоприемники 11 и 12 с подключенными к их выходам усилителями 13 и 14 соответственно, которые подключены к коррелятору

Интерферометр работает следующим образом.

Свет источника 1 излучения направляется к полупрозрачному зеркалу 2, установленному в начале измеряемой дистанции, где разделяется на два пучка, один из которых проходит дистанцию и отразившись от зеркала 4, установленного на другом конце дистанции возвращается к зеркалу 2, где вновь отразившись с помощью полупрозрачного зеркала 5 направляется через оптический затвор 8 на фотоприемник 11. Часть этого пучка, пройдя зеркало 5, поступает на измеритель контраста 16. Второй пучок, отразившись от зеркала 2 и пройдя калибровочную линию 3 через полупрозрачное зеркало 6 одной частью поступает на измеритель контраста 16. Другая часть этого пучка, отразившаяся от полупрозрачного зеркала

6 направляется через оптический затвор 9 на фотоприемник 12. Генератор 10 вырабатывает стробирующие импульсы, следующие с постоянным периодом Тс, их длительность тс может регулироваться и управляет ими оптическими затворами 8 и 9, пропуская на короткое время опорный и информационный пучки на фотоприемники 11 и 12. Инерционность фотоприемников 11 и 12 и стоящих за ними усилителей 13 и 14

позволяет выделить видеокомпоненту спектра, в которую в соответствии с фиг. 2 уложены парциальные компоненты шума, окружающие соответствующие дискреты стробирующего сигнала. Такая компрессия

спектра позволяет использовать относительно медленно действующий коррелятор 15, который и вычисляет корреляционную функцию, поступающих на него сигналов и позволяет определить их взаимный временной сдвиг.

В начальный момент измерений, когда измеряемая длина очень грубо может отличаться от длины калибровочной линии 3, длительность стробов генератора 10 следует выбрать значительной, например 1 мкс. В этом случае корреляционная функция сигналов поступающих на коррелятор 15 будет наблюдаться даже при отличии длин опорного и информационного плеч информационного плеч интерферометра в 300 м. Затем, последовательно уменьшая длительность стробов генератора 10 измеряют и длину линии 3 так, чтобы коррелятор 15 выдавал максимальную величину пика корреляционной функции, т.е. сокращая длину когерентности огибающих световых пучков в каналах коррелометра 7, одновременно сокращают различие длин плеч интерферометра ориентируясь на наличие и величину пика корреляционной функции на выходе коррелятора. При достижении длительности стробов в 10-1 мкс продолжают регулировать, длину линии 3 до тех пор пока максимум корреляционной функции не окажется в начале ко0 ординат. Отсчет длины осуществляют по калибровочной линии 3. Далее выравнивание длин гпечосуществляется аналогичное помощью измерителя 16 контраста интерференционной картины, что обеспечивает

5 выравнивание плеч с точностью 1-5 мкм.

Схема может работать со сравнительно высокой точностью л без измерителя 16 контраста интерференционной картины, и так как при этом определяется корреляция

компонент интенсивностей световых пучков, то влияние атмосферы и, в частности, ее турбулентности, будет на несколько порядков слабее, чем в известных решениях, где интерференция осуществляется на оптической несущей.

Формула изобретения 1. Относительный интерферометр, содержащий оптически связанные источник излучения, регулируемую оптическую линию задержки, установленную в опорном плече, и блок определения контраста, оптически сопрягающий рабочее и опорное плечи интерферометра, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, он снабжен коррелометром интенсив0

5

ности пучков, входы которого оптически связывают опорное и рабочее плечи интер- феррометра соответственно.

W)

Фиг. 2