ЛАЗЕРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Советский патент 1971 года по МПК H03M1/30 

Известны лазериые измерители иеремеи;еиий, состолиис из послсдоватс-льио соедине; иых стабилкзировалиого лазера, двухлучсвого иитерферомстра, фо.-оэлектричсского блока, блока дискригпгкаторов с логически.м устройсгЕ.ом, блока обработки, иреобразующего число игггерфсреищюиных иолос в зе.шчину перемещеиия, и рсвсрспвиого счсучика, фиксирующего результат измсрсиия. Предлагаемый измеритель отличается от известных тем. что, с целью повышения точиоети и а;;е/киости, в него введен холодн:л11 катод, pac o;o i;eH;iM i коаксиалыю с активным эле.гентом лазера, защнтнь;е стекла которого, определяющие плоскость поляризации, ориентированы иод углом Брюстера к ребру б;1ока полупрозрачных пластин интерферометра, причем последнее расположено в одной плоскости с ребром тройного отражателя иитерферометра. Для примепепия лазера с волнам : различных длип в блок обработки инфорлгании введен HJHtjjpaTop коэффициента пересчета, соединенньи через схему логичссюгх элe :eнтoв со входом реверсивного счетчика и входо.м счетчика пмнульсов блока дискриминаторов. Опт1;ческая часть измерителя содержит лазер 1, резонатор которого образован сфернчееким зеркало.м 2 и плоским зеркалом 3, фотоприемник 4, noBoporii ie зеркала 5 и G, афокал.ную систему 7. новоротпу о пр)1:-;му Я. интерферометр 9, в который БХ11Д ГГ TptUllKui отражатель и i: б;;ок полупрозрачных нластин, состоящий из разделигельно нл.чегипы 11 и рекомбнннрующой и.китины 12. диафрагмы 13 и 14, и фотонриемнпки 15 и 16. Электронная чаегь уетройст1;а еостонт нч блока дискриминаторов с логическим устройeтвo r 17. счстчш-са 18 и шульсов. грунн1,1 логических схем «11 19. .югнческой схем1л «ПЛ1Ь 20, И1ифратора 21 и ревереивного счетчика 22. В оенове работ15 онис.1ваемого устройства лежит известное еоотнонтсние г вгк 17 где L - искол;ая длина; т-норядок ингсрференнии (число импульссз на выходе фотоприемников); п - показатель преломлеипя средь:, в которой производился и:п ерен;:е; An;i; - длина волнь: В вакууме нстонпика

разом, что длину волны излучения, известную из предварительных елнчеиий с эталонным источником, закладывают в Н1ифратор 21 коэффиииента нересчета электронно exe.J. Н1 терферо стр 9 выдает значе ие порядка ингерфере и И т, а выход ое э.тектронное устро |ство ео счетч ком нолое производит ооработ чу п резул угата в соответетБии е еоотно 1ен ем (1).

показателя преломления ереды, в которой иро 1еходнт (1аиример, воздуха), вводят еиоередстве о в

волны ПуТеМ ИОСЛеД1 ИХ

разр5 дов «к в Н1ифраторе 21.

ВеЛИЧИ 1у п )0 ) НО ИЗВеСТНЬ М

диеперсиоин лм , нараметр -. сред11, давле ие, температуру, в.тажиость, еодер ча и- е углек е; оты и т. п., и затем ввести в и ифратор 1ли непосредетвен 10 от 1рииора, автоматически опредсляюп1, п.

Лазер выполиен в виде онтическо о -азового ква 1тового -енератора с холодным катодом, расположенным коаксиаль Ю с активным элементом, возбуждаем 1м в узком стекля 1ом капилляре. Холодный катод температуру лазера и иозволяет нрпбл1 зить его к интерферометру 9. Благодаря тому, что катод расположен коаксиально от оеитель о активного элемента, лазер можно поворачивать вокруг оси при одном и том же иоложе ии темиератур ого ноля. При повороте изме 1яется 1аправ; еиие плоскости по; яриза,ии излуче я, оиредсл5 емое иоложен 1ем защнтН з1х Брюстсра. При этом илос ;ос Ъ поляр 1за 1ии излучения лазера свобод 0 совмещать с любой илоекость о, зада аемой элe eптaми и терферометра.

Стабилизиру от .тазер npi no. извест 1 1Х устройств.

Пзлучеппе .тазера через noBopoTH i e зеркала 5 п 6 1аправляется в афокаль 1ую систему 7 для уГКчитН.еиия расхг днмоети пзлучен я и затем через, иоворотну о ири.шу 8 поступает i П1терферометр, cocTOHL ui i IK; разделите.пьпой 1 1 п )1,еЙ 12 ПЛаСТ1- Н

тройного отражателя 10. Свет, 1оступа О Пнй в 1терфер()метр, разделяетея на плает не 11 а ноловн). Одна из их направ, в сторону рекомбинпру гл,е11 пласти ы 12, а другая нрохо.ч.ит лаетн 1у 11 п иоеле отражения от отражателя 0 возн)а1цается а реко. . Здесь оба учка ()тся п образу от две интер(|) карти Ь, которь е можно абл одать ка1 в отраже 1 ом, так и в 1 роходяи ем нучках; оба 11абл одаем л нтерфере 1и 0 1 х 1о, иосту 1а от на диафрагм з1 13 и 14, за котор л1и расположен, фoтoпpнc ннки 14 и 15.

Расе ОТрИМ ОСОбе НОСТ схем).

от вреди з х автоколлпмап1 оин1 х отраже 1ии, работе снсте ы стабпл :5а и И. Далее, в схеме отсутствует рефереитн м 1 отражатель, являю ци |ся пеире:,енным ат|))буTON двухлучевого 1 терферо.етра ),айкельео овекого . Это , г рсст з1Л блока пласт 9 п 10 вокруг оси, .тежагцей в нлоекост фиг. 1, получить ПОЛОС) В И терфере иии {г лоскость дпафрагмь 13 14). этпх иолос зависит от угла аклоиа, и об) а апертуре в 4 мм устанавливают две -

три ТОЛОС м. ПОЛуЧПТЬ ДШЖДу С стемами полос, дпафрагл Ь едвига от огнос тельно еоответству 0 цих точек no;ie i на четверть нолоеы.

1 0 траст и терфереппио ого иоля в интерферометре 9 завнеит от коэффиниенто отражения блока разде;1Я О Н,их и ре1 о бинирующих иласти, соответстве 10 11 i 12. Онределяется он в основ ом оложе П1ем илоекост полярнзацип лазера. Ребро блока пластин 11 и 12 и одно из ребер тройиого отражателя 10 совме ца от в одной нлоекости,

перне дикуляр ой плоскоет - фи 1. След ребра тройного отражателя 10 иоказан иа чертеже еилоп 0 1 .

Г1оложе ие око) лазера под углол Бр остера к оси лазера и )

к ребру плаети 9 и 10 позво; яет оптималь 10 использовать поляр :за и101 ые свойства оитичеекой и терферометра. При орие тац11и вектора поляриза и и иерпенд 1куляр 0 нлоекости фиг. 1 для получе 1ия коэфф) U eHTOB отражения и пропускания, равнь х 50%, достаточно одного слоя д 1электр чес ;ого . Во всех других елучаях этого коэффн, доетига от подбором числа елоев. Положе 1пе отража ои ;их иозерхноетей

онтическ 1х дета.тей соответствует л а еимальнол у шэффипие ту для 1з;|ученпя выбранной поляризаии. так как вектор полярпза пи вдоль всего хода лучей перие дикуляреи 1лоекоет , и ребро тройного

отражателя лежит в одиой с ребро. бюка олупроз)ачн)х пластин.

Таким образом, 1нте1н1)ероме р позволяет

ОЛуЧНТЬ а В ЛХОДе p l6opa две КО траст 51х иптерферепппо Ь х ол()с. Отсутств е референтно -о отражателя умешлиает тe пepaтypнч)гo ноля лазера и позволяет не осредстве но в схел у и терферометра.

с фотопрнемн ;ков 15 16 иоступа от па вход блока 17 (фиг. 2), последовательность и нульсов, П тервал между которыми соответст 1ует поеледуемо о обтяпчта па /./8. Эта последовательноеть импульеов 1оступает на вход счетч ка 18, котор)Й с иифратором 21, группой логпческнх схем «П 19 или «ИЛИ 20 образует блок обработки, умножа ощий общее число ил пульсов, поступа ощих а вход счетч ка 18, на коэффи,иент пересчета k, волны, поправку на внешние условия и изменения нараметров исследуемого объекта. Общее число имиульсов Vi, поступивших с блока 17, преобразуется в серию импульсов, общее число .Vo которых пропорционально измеряемому перемещению в принятой системе счисления, в соответствии с выражением ЛА, - N,n где Nm - емкость счетчика 18, ддовлетворяющая точности измерения. Преобразование числа импульсов jV| в число импульсов Л2 осуществляется с помощью группы логических схем «И 19, импульсные входы которых подключены к еоответетвуюnuiM выходам разрядов счетчика 18, а потенниальпые входы - к нотеппиальпым выходам пшфратора 21 коэффициента пересчета k. Выходные со схем «И 19 через схему «ИЛИ 20 поступают в соответствии с выходным сигналом блока 17 иа входы реверсивного счетчика 22. Из соотношения (1) видно, что точность определения перемещения подвижного элемента интерферометра зависит от точности измерения порядка интерференции, длины волиы в вакууме и точности определения вненших условий. Постоянство вакуумной длины волны обеспечивается привязкой излучения к оиределеииой реперной точке в епектре, в данном c.iyчае в провале Лэмба. Точность такой привязки, определяемой методом измерения, равна 5 10-«. Точность измерения порядка интерференции завиент от способа обработки поступающих импульсов. При выбранной цене деления выходного устройства она лежит в нределах 1 . 10-. Оеиовиые погреппгости возникают при введении поправок иа пз.мепепие внешних условий. Независимо от способа определения и ввода в систему зпачепий п можно считать, что погрешность в определении длины иа лазерных измернтелях перемещений определяется соотнощепием AZ (0,0003 ± (/ -1.10-S) мм, где первый члеп обозначает выбранный шаг дискретности электронной схемы, q-постоянная, зависящая от внещних условий, L - измеряемая длина. В основном q определяется точностью измерения температуры. Поскольку в описываемом устройстве выбран лазер с холодным катодом, а геометрическая схема интерферометра построена без референтного плеча, т. е. элемепта интерферометра, на который в основном влияет темнературное поле лазера. можно считать, что значение q в COOTHOHICHHH (3) удается в два раза по сравнению с с щеетв ющими системами. П р е д мет и з о б р е т е п и я 1.Лазериый измеритель перемещеиий, состояи1,ий из последовательно соединенных стабилизированного лазера, двухлучевого интерферометра, фотоэлектрического блока, блока днскриминаторов е логическим устройством, блока обработки, Г1реобразуюп1.его ч)1Сло 1 нтерференционных полос в величину неремещен1Ш, и ревереивного счетчика, фиксируюптего результат измерепия, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности yeipoiicTBa. в лазер введен холодный катод, раеположенный коаксиально с его активным элементом, а защитные стекла лазера, определяющие плоскость поляризации, ориентированы под углом Брюстера, к ребру блока полупрозрачных пластин интерферометра, причем последнее расиоложеио в одной плоскости с ребром тройного отражателя иптерферолгетра. 2.11змер)ггель но п. 1, отличающийся , что, с целью применения лазера с волнами pa3;iii4H iix длин, в б.юк обработки информации введен гпифратор коэффициента иересчета, соединенный через ехему ло1ическнх элементов со входом реверсивного счетчика и входом счетчика импульсов блока дискриминаторов.

,, „,., .

yj / .# i/-;; r. .1- ,. . --..„i-i - ,

fr i .,..-,-,. .- JU f .ji

1 LbP i::: :::::;: :t;f:::::: :.)f v

liit--:;--™™lX; --.. , ,,-- .T -V---,.- - - -rГ- -jT-o- Jlir-Jl-Jiri :,i- f , ,- -. p

;Ы 1

Vf С1па5ш}иэааии

§з.:;:5|/: я1

k 7i4-...tiт - к злектрпиной

4;f-(J IIчасти

i

%c-7ti4t

II Ч-Пуч/i

If .;- i x I

))

b

5

1-Х

/7

r1

.-. ..... ..- 1

i f:i:± l;г T

I .-й1----.

I .- i-iI i® f

i,...,. I

j I i i

/f

иг. 2