ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЫЦЕНИЙ ОБЪЕКТА Советский патент 1973 года по МПК G01B9/02 

1

Устройство относится к области контрольно-измерительной техники и может быть иснользовано, в частности, для намерения лииейны.х неремен 1,ений объекта.

PIsBCCTeii интерферометр для намерения линейиых неремеи еиий объекта, содержащий источник света, систему для разделення светового пучка от источиика света иа две ветви, плоские зеркала, каретки, связываемые с объектом, отражательные системы в виде установленпых в одной из ветвей интерферометра блоков регулнруемых пенодвижиых и подвижпых уголковых отражателей (призм) и плоских отражателей и отсчетное устройство.

Повышение чувствительности в известпом 11ггерферометре достигнуто за счет применения в одиой его ветви спстемь из уголковых и плоских отражателей, нричем но два уголко1 ых отражателя конструктнвно объединены в одной нризме, установле1П10й на подвижной )-;аретке. Кроме того, но одному уголковому н плоскому отражателю установлено в другой, ненодвижной нрнзме.

Предлагаемый нитерферометр имеет более высокую чувствительность, которая достигастся пе нростым уволиченнем числа уголкопых отражателей, а их особым расположением и отлнчается от известного тем, что отра}кате,1ьпые сис/гемы уста 1овлены в каждой Ветви И11терферомег)а и состоят из одного неподвижного уголкового отражателя и одного уголкового н плоского отражателей, расположенных на каретке такнм образом, что бнссектрнсы нрямых углов между отражающнмн гранями неподвижных и иодвнжных уголковых отражателей смещены друг относнтельно друга на расстояние, равное отношению расстояния между осью нервого пучка лучей, падаюп.1,его на подвижиый уголковый отражатель и биссектрисы нрямого угла последнего, к уменьшенному па еднннпу чнслу ирохождеппй нучком света нути между уголковыми отражателями в каждой ветви И1ггерферометра нри прямом ходе лучей, а серед1П1ы нлоскнх отражателей расположены на бнссектрнсах нрямых углов нодвижиых уголковых отражателей.

На фиг. 1 изображена нрннннннальная схема предлагаемого интерферометра; на фиг. 2 - оитическая схема ветви интерферометра, а есть расстояние между биссектрисами нрямых углов между отражающими гранями уголковых отражателей; в - расстояипе между осью первого пучка лучей, падающего иа подвпжиый уголковый отражатель, н биссектрисой прямого угла последнего.

Питерферометр содержнт источник света (лазер) , игель 2, светоделительиую систе.му 3, вспомогательные зеркала 4, 5 н 6, нодвижные уголковые отражатели 7 и 8, неподвижные уголковые отражатели 9 и 10, плоские зеркала // и 12, подвижную каретку 13, полупрозрачное зеркало 14, откидное зеркало 15, щели фотоприемников 16 и 17, фотоприеминки 18 и 19, усилители 20 и 21, схему преобразования сигналов в дискретно-цифровую форму 22 и 23, реверсивный счетчик импульсов 24 и окуляр 25, при этом элементы /5-25 образуют отсчетное устройство.

Предлагаемый интерферометр работает следующим образом.

Источник света (лазер) / и щель 2 образуют осветительную систему интерферометра. Светоделительная система 3 служит для разделения излучения лазера на два пучка приблизительно равной интенсивности. Вспомогательные зеркала 4, 5 и 6, уголковые отражатели 7-10 и плоские отражатели 11 и 12 образуют две ветви интерферометра, причем отражатели 7, 8, 11 и 12 укреплены на подвижной каретке 13.

Полупрозрачное зеркало 14 и откидное зеркало 15 служат для проецирования иитерференционных полос на неподвижные щели 16 и /7/установленные перед фотокатодами фотоприемников 18 и 19, выходы которых через усилители 20 и 21 включены на входы схем преобразования сигналов в дискретно-цифровую форму 22 и 23, при этом выходы послелТ,них включены на реверсивный счетчик импульсов 24.

Окуляр 25 служит для визуального наблюдения интерференционной картины при откинутом зеркале 15.

Параллельный нучок света от лазера / попадает через щель 2 на светоделительный элемент 3, который делит его на два пучка приблизительно равной интенсивности. Проходящий и отраженный пучки света вспомогательиымн зеркалами 4, 5 6 направляются на уголковые отражатели 7 н 8, а после отражения от них на уголковые отражатели 9 и 10. Уголковые отражатели в каждой ветви интерферометра располагаются таким образом, что биссектрисы прямых углов между их отражающими гранями параллельны собой и смещены друг относительно друга на определенное расстояние а (см. фиг, 2). Это обеспечивает «спиралеобразный ход лучей между уголковыми отражателями, благодаря чему пучки лучей многократно проходят пути между отражателями 7 и 5 в одной ветви и S и /О в другой и попадают на плоские зеркала 11 и 12, после отражения от которых проделывают пройденный путь в обратном порядке, вновь соединяясь на разделяющей пластине 3.

При описании одного полного «витка ось пучка света смещается в сторону биссектрисы прямого угла подвижного уголкового отражателя параллельно самому себе на расстояние. 2в - 2(0 - а), где в - расстояиие между осью первого пучка лучей, падающего на подвнжиый уголковый отражатель, и биссектрисой прямого угла последнего. При описании каждого нового «витка пучок лучей смещается на ту же величину по отнощению к предыдущему положению, при этом К - число прохождений пучком света пути между уголковыми отражателями в каждой ветви интерферометра при прямом (а также обратном) ходе лучей будет равно:

//-. 9 J I - I 1 /1 - 2а +

л: 3, 5, 7,...(2rt-1);(1)

При перемещении каретки 13 с уголковыми и плоскими отражателями 7, 8, 11 и 12 в направлении, параллельном биссектрисам прямых углов уголковых отражателей на расстояние Л/, оптическая длина одной из ветвей интерферометра увеличивается на величииу 2/(-А/, в то время как другая уменьщается на ту же величину, при этом разность хода интерфирирующих лучей меняется на величину 4к-Д/ (в обычных двух лучевых интерферометрах на 2Л/). Таким образом, коэффициент увеличения чувствительности интерферометра к перемещениям будет равен:

i 2к(2)

Для случая, изображенного па фиг. 1 г 10. В зависимости от выбранного значения / по формуле 1 II 2 подбирают величины а и в.

Поскольку пучки лучей обеих ветвей иитерферометра испытывают равное число отражеиий, то ослабление их иитенсивности будет приблизительно одинаковым (при равных коэффициентах отражения отражателей), в результате чего стаиовится возможным добиться при больщих малого понижения контраста интерференционной картины.

Максимально достижимый коэффициент повыщения чувствительности интерферометра к перемещениям определяется монохроматичиостью ирименяемого источника света и выбранным пределом нзмерения перемеи1,ений.

При перемещении подвижной каретки 13 интерференционные полосы, проецируемые полупрозрачным и полностью отражаюпи1М зеркалами 14 и 15 на неподвижные щели 16 и 17, установленные перед фотокатодами фотоприемников 18 и 19, смещаются, вызывая модуляцию падающего на них светового потока. Паклоном зеркала 15 добиваются сдвига фаз синусоидальных сигналов с выхода фотоприемников иа r.jl2 для осуп ествления реверсивного счета полос. После усиления сигналов с выходов фотоприем ни ков 18 и 19 в усилителях 20 и 21 и преобразоваиня их з импульсную форму схемами преобразования сигналов 22 и 23 они поступают на вход реверсивного счетчика имиульсов 24. Зафнксировати ое счетчиком число импульсов Л соответствует перемещению каретки на длину Л-л 2t.

При откинутом зеркале 15 интерференционную картину можно наблюдать в окуляр 25 для визуальных измерений.

Выполнение отражательных систем ветвей интерферометра в виде системы уголковых отражателей (могущих быть замененными другими отражателями, оборачивающими пучок лучей на 180°), обеспечивает параллельность отраженного и падающего пучка лучей при наклонах каретки, что уменьщает влияние непрямолииейности перемещения подвижной каретки.

При высокой степени монохроматичности излучения оптических кваитовых генераторов (лазеров), иостроение иитерферометра по нредлагаемой схеме позволит намного расщирить верхний предел новыщения чувствительности интерферометра и перемещениям при одновременном упрощении оптической схемы его отражательных систем.

Для предотвращения возможности одновремепиого наблюдения в ноле зрения интерферометра интерференционных картин разной чувствительности щирина плоских зеркал, установленных на подвижной каретке равна щирине применяемого пучка света, а расстояние между биссектрисами нрямых углов подвижного и неподвил ного уголковых отражателен в каждой ветви интерферометра равна нли больше полуширины применяемого пучка света.

П р е д м е т и з о б р е т ем и я Иитерферометр для измерения линейных перемещений объекта, содержащий источник света, систему для разделения светового пучка от источника света на две ветви, каретку, связываемую с объектом, отражательные системы в виде подвижных уголковых и нлоских отражателей, расположенных на каретке, и неподвижных уголковых отражателей, и отсчетное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности интерферометра и упрощения устройства, отражательные системы уетаиовлены в каждой ветви интерферометра и состоят из одного неподвижного уголкового отражателя и одного нодвнжиого уголкового и плоского отражателей, расположенный на каретке так, что биссектрисы прямых углов между отражающими гранями ненодвижных и подвижных уголковых отражателей смещеиы друг относительно друга иа расстояние, равное отношению расстояния между осью первого пучка лучей, падающего на подвижный уголковый отражатель, и биссектрисой прямого угла последнего, к уменьшенному на единицу числу прохождений пучком света пути между уголковыми отражателями в каждой ветви интерферометра при прямом ходе лучей, а середины плоскпх отражателей расположены па бнссектрисах прямых углов подвижиых уголковых отражателей.

Ы.

-ичл

иг. 2