1
Изобретение относится к линейным измерениям и может быть использовано для абсолютных измерений концевых мер длины методом совпадения дробных долей порядка интерференции, а также для компарирования концевых мер между собой тем же методом.
Известен компаратор для линейного измерения концевых мер длины, содержащий интерферометр Кёстерса. Интерферометр содержит эталонный источник света, имеющий несколько спектральных линий; осветитель, поочередно выделяющий каждую линию и дающий пучок параллельных линий; расщепитель светового пучка - призму Кёстерса; плоскую пластину, притираемую к поверяемой концевой мере; относительное зеркало; -выходной объектив интерферометра; отсчетную сетку и окуляр. В известном компараторе в поле зрения наблюдательной системы одновременно видны две интерференционные картины. Одна образована пучками, отраженными от середины зеркала и от конца меры, а другая - пучками, отраженными краями зеркала и пластиной. Отсчитав смещение одной картины по отношению к другой в долях интерференционной полосы для нескольких известных длин волн света, по номограммам определить точный размер концевой меры, если он был известен приблизительно (с погрешностью ± 2 мкм). Однако при визуальном отсчете дробных долей порядка интерферендии погрещность измерения порядка интерференции составляет ±0,05 полосы (наилучшая точность) и является определяющей при аттестации меры. Кроме того, из-за падения контраста интерференционной картины, при использовании лампы с изотопом криптона КгВб на интерферометре Кёстерса может быть аттестована мера длиной не более 250 мм (без перемещения относительного зеркала), что ограничивает пределы измерения.
Предлагаемый компаратор отличается от известного тем, что, с целью повышения точности и расширения пределов измерения, он снабжен диафрагмой для раздельного наблюдения интерференционных картин в поле зрения наблюдательной системы интерферометра, выполненной в виде установленного в
плоскости изображения выходного объектива интерферометра непрозрачного экрана с располол енными в шахматном порядке окнами, и интерполятором долей порядка интерференции, установленным на выходе интерферометра и выполненным в виде шели, расположенной в плоскости изображения объектива интерферометра, и установленных за щелью электрически связанных между собой фотоэлектрического преобразователя, избирательных усилителей, синхронных детекторов, отсчетного устройства, генератора, умножителя частоты и интерференционного модулятора.
На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого компаратора.
Предлагаемый компаратор содерл ит ийтерферометр Кёстерса, состояш,ий из источника / эталонного излучения, который излучает свет, содержащий несколько спектральных линий (например, лампа с изотопом Кг86); осветителя 2; светоделительной призмы Кёстерса 5; плоской пластины 4, притираемой к одному из концов поверяемой меры 5, (мера 5 и пластина 4 служат основным зеркалом интерферометра); относительного зеркала 6, установленного на интерференционном модуляторе 7, и выходного объектива 8 интерферометра. В плоскости изображения объектива 8 установлена разделяюидая диафрагма 9. Компаратор содержит интерполятор долей порядка интерференции в виде щели 10, расположенной в плоскости объектива 8; фотоэлектрического преобразователя 11, установленного за щелью 10; двух избирательных усилителей 12 и 13, настроенных соответственно на первую и вторую гармонику модулирующей частоты; синхронных детекторов 14 и 15, сигнальные входы которых соединены соответственно с выходами усилителей 12 и 13, а входы опорных напряжений связаны, соответственно с выходами генератора 16 модулирующего напряжения и умножителя 17 частоты. Выходы синхронных детекторов 14 и 15 соединены со входами отсчетного устройства 18, в качестве которого может быть использован осциллограф с двумя идентичными каналами отклонения по осям X н Y или аналогоцифровой преобразователь. В интерполятор входит также интерференционный модулятор 7.
Свет от эталонной лампы через конденсор, монохроматор и коллиматор осветителя 2 поступает в виде параллельного пучка на светоделительную призму Кёстерса 3. Разделенные пучки падают на концевую меру 5 с притертой пластиной 4 и на относительное зеркало, отражаются и, возвративщись в призму 3, интерферируют. В плоскости изображения объектива 5 получается интерференционная картина. При одном положении диафрагмы 9 через щель 10 проходит свет только от центральной части интерференционной картины, образованной пучками, отраженными от конца меры 5 и средней части зеркала 6, а при другом положении диафрагмы 9 проходит свет от краев интерференционной картины, образованной пучками, отраженными краями зеркала 6 и пластиной 4. Световой поток, содержащий информацию о дробной части порядка интерференции на соответствующем участке поля зрения падает на фотоэлектрический преобразователь // (ФЭП) и преобразуется в электрическое напряжение. При работе интерференционного модулятора 7, представляющего собой пьезокерамику, смещающую зеркало 6 параллельно самому себе в
направлении падения луча, на выходе фотоэлектрического преобразователя появляется переменное напрял ение, содержащее первую и вторую гармоники мод лирующей частоты вида
1 I -- и j-sin .x-sin oj, (1)
U : :V -lJ-a}-C.OS -X-COS2w(. (2)
где Ui и C/2- мгновенные значения I и II гармоники сигнала;
Urn - амплитуда напряжения на выходе ФЭП;
.)-()
- функция Бесселя;
А - длина волны света;
X - дробная часть порядка интерференции;
а - амплитуда модуляции;
03 - частота сканирования.
Как видно из выражений (1) и (2) амплитуды гармоник пропорциональны соответственно
. 4714sin - X и cos - X
лА
После детектирования синхронным детектором получаются сигналы вида
Е,Е,,
47:
E,
(3)
X,
При подаче таких напряжений на входы х и у осциллографа пятно на его экране перемещается по окружности, если изменяется разность хода в интерферометре, и соверщает полный оборот при изменении разности, хода на длину волны К (перемещение зеркала на К/2). Разделив окружность, описываемую пятном на экране осциллографа, на п частей (например, на 100), можно уверенно отсчитывать дробные части порядка интерференции с по-(т. е. 0,005 полосы). После
грещностью
установки поверяемой меры 5 с пластиной 4 оператор подбирает необходимый угол клина в одной из длин волн, излучаемых лампой 1, поворотом зеркала. Затем подается на модулятор 7 напряжение от генератора 16 с амплитудой, соответствующей оптимальным соотнощениям содержания первой и второй гармоник в сигнале с ФЭП. Для каждой длины волны эти амплитуды могут быть определены однократно. Разделительную диафрагму 9 устанавливают так, чтобы свет попадал в щель 10 ФЭП через среднее окно диафрагмы и по осциллографу отсчитывают дробную часть порядка интерференции. Затем смещают диафрагму 9 так, чтобы в щель 10 попадал свет через крайние (нижние) окна диафрагмы Я снова отсчитывают дробную часть порядка интерференции. Эту операцию повторяют во
