Устройство для измерения перемещений объекта Советский патент 1993 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительой технике и может быть использовано для змерения продольных и поперечных пёре- е.щений объекта.

Известно устройство для измерения пеемещений, содержащее лазер, акустоопти- еский модулятор, плоскопараллельную ластинку, дифракционную решетку, два отажателя, фотоприемник, фазометр, генеатор высокой частоты.

Недостатком устройства являются ограиченные функциональные возможности, ак как устройство не измеряет поперечных перемещений объекта.

Наиболее близким по технической ущности является устройство для измерения перемещений объекта, содержащее лазер, коллиматор, два акустооптичёских модулятора, оптическую схему, два фотоприемника, генератор высокой частоты, два фазометра, два светоделителя.

Недостатком устройства является низкая информативность, так как оно измеряет смещение только по двум координатам.

Целью изобретения является повышение информативности за счет обеспечения возможности измерения продольных перемещений.

Нафиг.1 показана функциональная схема устройства; на фиг.2 - прохождение дифрагированных пучков на линзах 7, 8.

Устройство содержит (фиг.1) оптически последовательно соединенные лазер I, коллиматор 2, акустооптический модулятор (АОМ) 3, триппель-призмы 4, 5 6, линзы 7, 8, фртоприемники 9, 10, выходы фотоприемников 9, 10 соединены с первыми входами фазометров 11 и 12, выходы которых соединены с входами вычислителя 13 и сумматора 14, выходы которых являются первой и второй выходными шинами, первый и второй входы акустооптического модулятора соединены соответственно с выходами ключей 15 и 1.6, входы которых объединены и соединены с выходом модулятора 17, другие входы ключей 15 и 16 являются первой и второй входными шинами, первый вход модулятора 17 соединен со вторыми входами фазометров 11 и 12 и выходом генератора 18 низкой частоты, второй вход модулятора 17 соединен с выходом генератора 19 высокой частоты.

Акустооптический модулятор 3 может быть выполнен в виде кубического кристалла, на взаимно перпендикулярные грани которого нанесены пьезопреобразователи, к которым подсоединены входы модулятора, в результате чего дифракция света идет по двум координатам, вершины триппель- призм 4,6 ориентированы вдоль оси, а трип- пель-призма 5 - вдоль оси X. В результате

при смещении объекта по X призмы сдвигают луч параллельно по оси X, а при смещении объекта по Y - сдвигают луч по оси Y. Рассмотрим работу устройства при подаче сигнала только на один вход АОМ 3 (например, на первый вход; когда дифракция идет по координате X), так как при подаче сигнала на другой вход работа будет осуществляться аналогично. На вход

ДОМ 3 подается, амплитудно-мрдулиро- ванный сигнал

U (1+mcos WHt)coswBt;

15

m

Y cos(wB + wH)t

m

+ COS -j (w« WH) + cos wet.

0)

0

5

где wB и WH - высокая и низкая частоты;

m - коэффициент модуляции..

Рассмотрим дифрагированные пучки +1 и -1 порядков. Углы дифракции света для каждого из указанных порядков будут равны; .. :

Vaa

а-а Л в-Я1н

Узв V3B

„Дтв , AfH

V3B Vae

(2)

где VSB - скорость звука в АОМ, А-длина волны света. Положим, что частота fH выбрана таким образом, что дифрагированные пучки в каждом из порядков интерферируют между собой. Дифрагированный пучок +1 порядка через линзу 8 поступает на фотоприемник 8, а дифрагированный пучок -1 порядка через линзу 7 поступает на фотоприемник 9. Из фиг.2 видно, что смещение пучков на линзах

7, 8 будут иметь противоположный знак. Тогда при неглубокой фазовой модуляции, которую осуществляет АОМ 3, можно получить следующие выражения для переменной составляющей сигналов на выходах

фотоприемников 10 и 9;.

Иг йг+с.. .. .

июг | i {expikbUkZcog vJbt+Kx sineb1t

-V2.

Ґ5exp-.(w wHlbKZco5(9b+BM +k xlsin(eb+ei,)+

ТехР ((о:ь-9них 6;п(еь-9и1| х

(№Vx dx |d cos ftt-q t(),.(3)

. . . fil2 DI2+C ..

1/1 ()t+KZco59b-kx15 ,

-eia .в с г

(wb+wMlbKZco5(9bt6H-kx:f5m(9b+eH)(wb-WHH

fkZco Gb-eHVKXV GbtQtO xexpVQ. ir xldXl|a co5(NHt-q .,Vr

е фи KCi 0H - KZ ©в ©и

РИ ф -

KC20H + KZ0B0H

2л:

K -fr -.волновое число,

Ci - Со +..А С, С2 Со - ДО; Дс - смещение объекта по координате X, I-ширина щели фотоприемника, 6 - диаметр пучка на линзах 7. 8, X - координата в плоскости линзы 7, 8,

X

Ј ут - пространственная частота в

лоскости фотоприемников 9, 10,

0

X - координата в плоскости фотоприемников 9, 10,

Z - продольное перемещение объекта. Фазометры 12 и 11 определяют фазы

fP+M/i-p-i.:

На выходе вычитателя 13 получим: Д#13- р+1 2КСо0н -2KZ9e0ri

.....-; (4)

На выходе сумматора 14 получим: Др14 Ј4-1+# -1 2ДС1 К 0н (5)

Как видно из выражений (4) и (5). сигналы на выходах блоков 13 и 14 пропорциональны поперечным Д С и продольным Z перемещениям объекта.

Ключи .1-5 и 16 могут поочередно подключать выход модулятора 17 к АОМ 3 по командам от ЭВМ или вручную от оператоpa. Flo сравнению с прототипом повышается информативное, так как измеряется третья координата объекта.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения продольных и поперечных перемещений объекта. Цель изобретения - повышение производительности. Цель достигается использованием дифрагированных на акустооптическим модуляторе 3 пучков +1 и -1 порядков, в которых поперечные смещения объекта будут иметь составляющие фазы с противоположным знаком, что позволяет путем сложения и вычитания фаз с фазометров 11, 12 определить одновременно продольные и поперечные смещения объекта без предварительной юстировки устройства. 2 ил.

Фор мула и з о б.р е т е ни я Устройство для измерения перемещений рбъекта, содержащее оптически связанные лазер, коллиматор, акустооптический модулятор, отражатель, предназначенный для механической связи с контролируемым объектом, две линзы, два фотоприемника, два фазометра, первые входы которых под- к выходам соответствующих фото- приёмников, генератор высокой частоты, о т л и ч а ю щ е ее я тем, что, с целью повышения информативности путем обес- печейия возможности измерения продольФиг.2

Редактор

Составитель В.Кушнеров Техред М.Моргентал

ных перемещений, оно снабжено модулятором, генератором низкой частоты, сумматором, вычитателем и двумя ключами, входы которых соединены с выходом модулятора, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами генераторов низкой и высокой частот, выход генератора низкой частоты соединен со вторыми входами фазометров, первый и второй входы сумматора и вычитателя подключены к выходам фазометров, акустооптический модулятор выполнен двухвходовым, его входы подключены к выходам соответствующих ключей.

Корректор Н.Слободяник