Измеритель перемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B9/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в высокоточных измерителях перемещений, в частности, в интерференционных дилатоме- рах.

Известные интерференционные измерители перемещений на базе интерферометра Физо содержат плоские отражатели, один из которых неподвижен, а другой связан с объектом, перемещения которого измеряются. Отражатели располагают под углом а друг к другу. Наличие угла а з 0 позволяет наблюдать пространственную интерференционную картину.

Недостатком таких интерференционных измерителей перемещений является малая область значений углов а, при которых обеспечивается устойчивая работа.

Целью изобретения является повышение надежности работы измерителей перемещений.

Поставленная цель достигается использованием в измерителе перемещений, содержащем интерферометр Физо, отражателя,

имеющего неплоскую отражающую поверхность, например, сферическую или поверхность в виде двух полуплоскостей.

В известных интерферометрах Физо, входящих в состав высокоточных измерителей перемещений, используются плоские отражатели; применение неплоских отражателей в интерферометрах Физо свидетельствуют о новизне предлагаемого устройства и более, чем вдвое расширяет область значений углов между отражателями, при которых обеспечивается устойчивая работа измерителя перемещений.

На фиг.1-3 изображены варианты исполнения измерителей перемещений, содержащих интерферометры Физо, с различными отражающими поверхностями.

Интерферометр Физо измерителя перемещений содержит отражатель 1 и полупрозрачный отражатель-поверхность 2.

Интерферометр Физо измерителя перемещений работает следующим образом.

Параллельные лучи 3 света частично отражаются от поверхности 2. лучи 4, прохоч

о ю

дящие через 2, отражаются от поверхности 1 и интерферируют с лучами 3, отраженными от поверхности 2, формируя интерференционную картину, локализованную у поверхности полупрозрачного отражателя 2, Один из отражателей 1,2 неподвижен, другой связан с объектом, перемещения которого измеряются. Отражатель 1 выполнен в виде бипризмы Френеля (фиг.2) или имеет сферическую поверхность (фиг.З).

При использовании интерферометров Физо в автоматических измерителях перемещений достаточно наблюдений интерференционной картины (ИК) вдоль выбранных линий, например, прямых Для идеального интерферометра Физо с параллельным пучком света интенсивность интерференции в точке х равна:

I(x) Io(1+cos)47r (х)/Я)),

где Ь- величина, пропорциональная интенсивности источника света с длиной волны А.

l(x) - расстояние между отражающими поверхностями в точке х по направлению распространения светового пучка.

Для интерферометра с плоскими отражателями и линейной разверткой изображения (например, с помощью линейного опто-злектронного преобразователя)

l(x) tg а х Нс

где a - угол между плоскостью основания отражателя 1 и прямой, лежащей на пересечении отражающей поверхности 2 и плоскости, содержащей прямую развертки изображения и прямую, параллельную световым лучам,

I - расстояние между отражающими плоскостями о начале координат.

Для интерферометра с плоскими отражателями (фиг. 1а)

Hx) l0 1+cos(4jrtgax/A +4я10/А. (3)

Если подвижный отражатель совершает плоско-параллельное движение, то угол а сохраняется постоянным и задача определения расстояния между отражателями 0 сводится к определению фазы 4arl0/A гармонического колебания (3), В высокоточных интерференционных измерителях перемещений фазу находят по наблюдениям в ряде точек Xi Ха ... XN как параметр зависимости (3), Условием успеха таких измерений является неравенство нулю угла а. Если же «становится равным 0, зависимость (3) вырождается в постоянную, и процедура оп

ределения фазы по наблюдениям 1(XI); ,N теряет смысл,

Интерференционные измерения перемещений выполняются в следящем режиме. 5 Невозможность определить текущее значение 10 при а Ю приводит к срыву слежения и отказу измерителя перемещений.

Поэтому для успешного применения фазового метода измерения перемещений 10 должно выполняться условие .

Обычно «min находят из условия, что на интервале (Xi.Xrg) наблюдается по крайней мере один полный период колебания (3):

tgamin A/2(XN-Xi) .

15 Величинам ограничена и сверху а «max. Это связано с конечной разрешающей способностью средств регистрации интерференционной картины.

Итак, необходимое условие безотказ- 20 ной работы измерителя перемещений с ин- терфереметром Физо, имеющим плоские отражатели, есть:

25

О amir, a a max

(4)

Если поверхность одного из отражателей интерферометра, например, отражателя 1 выбрать такой, что зависимость I(X) где точки X принадлежат прямой, отличается от

30 линейной, то проблема исчезновения интерференционной картины при параллельности отражателя 2 плоскости основания может быть снята.

Если отражатель 1 - бипризма, то при

35 наклоне отражателя 2 на угол/ зависимость I(X) имеет вид

l(X) l0-Hg(Ј + a)X приХ€(-1.0) l(X)l0 + tg(-/3 + a)X приХг,(0,1) Для малых углов а, }3 tg a а и (5) I(X) 10 + ( а )Х при Хб(-1,0) 1(Х)10+ (-/ +a )X при У€(0.1).

В соответствии с (1) распределение ин- 5 тенсивности интерференционной картины на интервалах j-1,0) и (0,1) есть косинусоиды с частотами uf (I/7 + «I) и о/(I -/ + a I ) соответственно. При нулевом угле наклона а - 0 а) а) с увеличением угла а на ин- 0 тервале (- 1,0) частота of возрастает, а на интервале (0,1) убывает. При на интервале (-1,0) наблюдается удвоение частоты, а на интервале(0,1)частота и 0 и интерферен- ционная картина на нем пропадает. При дальнейшем увеличении а частоты оГи и увеличиваются, на интервале (0,1) вновь наблюдается интерференционная картина.

Аналогичная ситуация имеет место при а 0.

Приведенное рассмотрение позволяет определить область допустимых разворотов подвижного отражателя, когда хотя бы один из отражателей неплоский (биопризма Френеля).

- (a max +fi)a a max +fi.(6)

В (6) a max находится из тех же условий, что и в (4).

Подобными свойствами обладает и измеритель перемещений, у которого один из отражателей имеет сферическую поверхность.

Формула изобретения

1.Измеритель перемещений, содержащий интерферометр Физо, отличающийся тем. что, с целью повышения надежности измерений, один из огражате лей выполнен с неплоской поверхностью.

2.Измеритель по п. 1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что поверхность отражателя выполнена сферической.

3.Измеритель по п.1,отличающий- с я тем, что поверхность отражателя выполнена в виде двух полуплоскостей.

J

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в высокоточных измерителях перемещений, в частности, витерференционныхдилатомерах. Целью изобретения является повышение надежности работы измерителей перемещений за счет увеличения диапазона углов наклона одного из отражателей интерферометра Физо. Пучки света, отраженные от полупрозрачного отражателя и отражателя, выполненного в биде двух полуплоскостей (призма Френеля) или сферической поверхности, интерферируют и формируют интерференционную картину, которая регистрируется с помощью наблюдательного узла измерителя перемещений. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

фиг. 2