ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР Советский патент 1970 года по МПК G01B11/04 

Изобретение относится к оптическим прецизионным измерительным приборам для измерения длины, а именно к фотоэлектрическим интерферометрам для измерения линейных перемещений подвижных органов станков.

Известен фотоэлектрический интерферометр, содерл ащий монохроматический источник света, например лазер, оптическую систему для расширения светового потока, разделительную пластину, делящую световой поток па два пучка, призму полного внутреннего отражения, закрепляемую на подвилшом органе станка и отражающую один из световых пучков, полупрозрачное зеркало, собирающее оба световых пучка, модулятор, фотоприемник с щелевой диафрагмой, преобразующей поле интерференции световых пучков в электрический сигнал, электронный усилитель сигнала с фотоприемника и устройство цифровой индикации измеряемых перемещений.

Целью предлагаемого изобретения является создание условий для автоматизации и повыщения точности измерения. Это достигается тем, что модулятор выполнен в виде прозрачного тела, например кварца с плоскопараллельными гранями, и установлен по ходу одного из пучков света между разделительной пластиной и полупрозрачным зеркалом. Интерферометр снабжен электронным генератором стабильной частоты, возбуждающим в

модуляторе бегущую ультразвуковую волну, линзой, установленной за полупрозрачным зеркалом и в фокальной плоскости которой размещена щелевая диафрагма фотоприемника, цифровым фазометром, на котором сигнал с фотоприемника сравнивается по фазе с сигналом электронного генератора ультразвуковой волны, и реверсивным счетчиком целого числа фазовых циклов, соответствующих сдвигу фаз между сравниваемыми сигналами.

Для повыщения помехоустойчивости интерферометра выход фотоприемника может быть присоединен к резонансному электронному усилителю, настроенному на частоту ультразвуковой волны в модуляторе, а щелевая диафрагма фотоприемипка может быть расположена в месте максимума первого порядка картины дифракции света на ультразвуковой волне.

Иа чертенке изображена схема описываемого фотоэлектрического интерферометра.

Иптерферометр содерл ит монохроматический источник света, например в виде лазера /, оптическую систему 2 для расщирения светового потока, разделительную пластину 3, делящую световой поток на два пучка, призму 4 полного внутреннего отрал ения, закрепляемую на подвижном органе станка и отражающую один из пучков, полупрозрачное зермодулятор 6, фотоприемник 7 с щелевой диафрагмой §;: электронный усилитель сигнала 9 с фотоприемника и устройство 10 цифровой индикации измеряемых перемещений.

Модулятор 6 Быцолиен в виде прозрачного тела, например кварца с плоскопараллельными гранями, и установлен по ходу одного пучков света между пластиной 3 и зеркалом 5. Электронный генератор стабильной частоты // возбулсдает в модуляторе 6 бегущую ультразвуковую волну. Линза 12 установлена за зеркалом 5, и в ее фокальной плоскости размещена щелевая диафрагма. Реверсивный счетчик 13 считает целое число фазовых циклов, соответствующих сдвигу фаз между сравниваемыми сигналами.

Выход фотоприемника может быть присоединен с резонансному электронному усилителю сигнала, настроенному на частоту ультразвуковой волны в модуляторе. Щелевая диафрагма фотоприемника может быть расположена в месте максимума первого порядка картины дифракции света на ультразвуковой волне.

Интерферометр работает следующим образом.

Параллельный монохроматический световой пучок разделяется в пластине 3 на два пучка: сигнальный и опорный. Оба пучка соединяются за зеркалом и интерферируют в фокальной плоскости объектива (линзы) 12. Сигнальный пучок не претерпевает никаких изменений за исключением набега фазы, меняющегося при перемещении призмы 4. Плоская световая волна опорного нучка в результате дифракции на бегущей ультразвуковой волне модулируется по частоте сложным образом и имеет сложный спектр.

Пространственное разделение различных составляющих этого спектра проходит в фокальной плоскости линзы 12. Составляющие спектра с различными частотами дифрагируют под разными углами к оптической оси. Фотоприемник воспринимает поле интерференции этого максимума опорного пучка с сигнальным пучком. Следствием этого напряжение на фотоприемнике является синусоидальным и сигнал с него принимается усилителем. Далее сигналы с усилителя п с генератора

сравниваются по фазе. Разность фаз измеряется на цифровом фазометре и счетчике 13 целых фазовых циклов.

Предмет изобретения

1.Фотоэлектрический интерферометр для измерения линейных перемещений подвижных органов станков, содержащий монохроматический источник света, например лазер, оптическую систему для расщиреиия светового потока, разделительную пластину, делящую световой поток на два пучка, призму полного внутреннего отражения, закрепляемую на подвижном органе станка и отражающую

один из световых пучков, полупрозрачиое зеркало, собирающее оба световых пучка, модулятор, фотоприемник с щелевой диафрагмой, преобразующий поле иитерференцип световых пучков в электрический сигнал, электронный

усилитель сигнала с фотоприемника и устройство цифровой индикации измеряемых пере;мещений, отличающийся тем, что, с целью автоматизации и повыщения точности измерения, модулятор выполнен в виде прозрачного

тела, например кварца с плоскопараллельными гранями, и установлен по ходу одного из пучков света между разделительной пластиной и полупрозрачным зеркалом, а интерферометр снабжен электронным генератором

стабильной частоты, возбуждающим в модуляторе бегущую ультразвуковую волну, линзой, установленной за полупрозрачным зеркалол; и в фокальной плоскости которой размещена щелевая диафрагма фотоприемника,

цифровым фазометром, на котором сигнал с фотогриемиика сравнивается по фазе с сигнало:, электронного генератора ультразвуковой Еолны, и реверсивным счетчиком целого числа фазовых циклов, соответствующих сдвигу фаз между сравниваемыми сигналами.

2.Фотоэлектрический интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повыщения помехоустойчивости, выход фотоириемника присоединен к резонансному электронному усилителю, настроенному на частоту ультразвуковой волны в модуляторе, а щелевая диафрагма фотоприемника расположена в месте максимума первого порядка картины дифракции света на ультразвуковой волне.