Способ измерения линейных перемещений в оптико-электронных измерительных системах с интерференционной модуляцией Советский патент 1974 года по МПК G01B11/26 G01B19/56 

1

Изобретение относится к измерительной технике.

Известен способ измерения линей:ных наремещений в оптико-электронных системах с И1нгарферввцио. модуляцией, заключающ.ийся в TOiM, что о величине перемещения судят ПО относительным параметрам первой и второй гармоник модулирующего иапряже:НИЯ.

Устройство, реализующее известный споC0i6, содержит двухлучевой интерферометр с подвиЖНЫ-м отражателем, модулятор света с И|Сточн И1Ко:м модулирующего напряжения, фотоэлектрический преобразователь, два избирательных усилителя переменного тока, настроенных на частоту первой и второй гармоник, вычитатель, реверсивный счетчик интерференционных полос.

Недостатком известного способа является невысокая точность измерений.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что для повышения чувствительности в качестве нараметра, по которому судят о величине перемещения, принимают разность фаз между напряжен-нем удвоенной частоты .модуляции и раЗНостью -между папряжения-ми второй гармоники и сдвинутым на 90° нанряжепием первой гармоники удвоенной частоты.

С целью повышония точности измерен-ий предлагаемое устройство снабжено двумя удвоителями частоты, фазовращателелг, и фазоизмерительным устройством, причем вход одного из удвоителей частоты электрически юоединен с выходОМ избирательного усилителя, настроенного на частоту первой гар.моники модулирующего 1напряжения, а выходом - с фазовращателем, подключенньг.м к одному нз выходов выключателя, второй вход которого подключен к избирательнс му усилителю, настроенному на частоту второй гармоники модулирующего напряжения, а вы.чод - к одному из входов фазоизмерительного устройства, соединенного электрически со входо1М реверсивного счетчика интерференционных полос,

вход второго удвоителя частоты подключен к источнику модулирующего напряжения, а выход - к другому входу фазоизмерительного устройства.

На чертел е приведена схема предлагаемого устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство включает двухлучевой интерферометр 1 с интерференционной модуляцией, фотоэлектрический преобразователь 2, избирательный усилитель 3 нсрвой гармоники, избнрательны усилнтель 4 второй гармоники, первый удвоитель 5 частоты, фазовращатель 6, вычитатель 7, фазоиз мерительное лстройство 8, второй удвоитель 9 частоты, источник

10 модулируемого напряжения.

При измерении очень малых линейных пеpeMieaieHHU .световой поток, полученный на выходе двухлучевого интерферометра 1 с ИН7арфарепцион1ной модуляцией и несущий инфо рмацию о перемещении, преобразуют фотоэлектричеоки1М преобразователем 2 в сложный модулирова1нный электрический сигнал, из коТ;о,ро.го Избирательным и усилителями 3 и 4 выделяют соответственно эле-ктрические сигналы первой и второй гармоник модулирующего напряжения.

Сигнал первой гармоники

4я;

-Ах sin Mi

f/i

1 t7H(lOiu j,

удваивают при помощи удвоителя 5 частоты При разложении в ряд функции, описывающей напряжение, имеют электрический сигнал

4я

-Urn,Ал;-(Jm,-sm и,

Я

я cos 6 Kii cos 4 Kit

-к..),

cos 2 tt)t

4я

-Дл:(

+

sinя, Vl-S 3-5 5-7 ИЗ которого выделяют сигнал только удвоенной частоты

из -4-и т,-sin sin 2 со/.

О.ТС

После удвоен-ия частоты сигнал Us сдвигают по фазе на 90° фазовращателем 6 и на его выходе получают напряжение

4я

-А.С sin 2 со/.

и,и.,

sinт-1

Это напряжение при помощи вычитателя 7 сравнивают с сигналом второй гармоники

t/5 и„,, cos А.; cos 2 со/,

полученным при помощи избирате льного усилителя 4. На выходе вычитателя 7 получают напряжение

4я

- АЛ sin 2 со/ -

U, U ,„1 sin

-и,„:, - cos -.-- А cos 2 со/ f/mgcos (2 со/ -

4я; . ч

--.Ал-);

4л

Фазовый угол электрического

сигнала U& несет информацию о линейном перемещении Ах. Для и о лучения этой «н формации в цифровой форме используют фазоиэмерительное устройство 8, разрешающая способно сть которого определяет точность измерения линейных перемещеиий. В качестве опорного сигнала фазойзмерительного устройства 8 используют Напряжение UT U„TCOS 2 со/,

полученное прИ помощи удвоителя 9 частоты И,з элект|р|Ического сигнала «а выхОДе генератора 10 Модулирующего напряжения.

В процессе измерения очень малых линейных перемещений в двухлучево.м интерфероМетре 1 измеряется оптическая разность хода лучей Ал и, следовательно, и угол сдвига фаз

4 л- 4я .

между напряжением U на выходе, вычитателя 7 « .напряжением t// на выходе удвоителя 9 частоты. Перемещение подвижного отражателя интерферометра 1 на половину длины световой волНы соответствует иЗМененню угла сдвига фаз от 0° до 360°, т. е. одному периоду синусоидального сигнала на выходе вычитателя 7.

Предмет изобрете н и я

1. Способ измерения линейных пере.мещений в оцтЕко-электроняых ИЗМерительных системах с интерферендионной модуляЦией, заключающийся в том, что о величине перемещения судят по относительным параметра.м нервой и второй гармоник модуЛИрующего напряжения, отличающийся тем, что, с целью повыщения чувствительности, в качестве параметра, по котороиму судят о велИЧИне пере.мещения, Пр1ИНимают разность фаз между напряжением удвоенной частоты модуляции и разностью между напряжениями второй гармоники и сдвинутым на 90° напряжением первой гармоники удвоенной частоты.

2. Оптико-электронное устройство для реализации Способа по п. 1, содержащее двухлучевой иитерферометр с подвижным отражателем, модулятор света с лстоЧникоМ мадулирующего напряжения, фотОЭлектрический преобразователь, два изби;рательных усилителя переменного тОКа, настроенных На частоту первой и второй гармоник, вычитатель, реверсивный счетчик интерференционных полос,

отличающееся тем, что, с целью повыщения точности Измерений, оно снабжено двумя удвоителями частоты, фазовращателем и фазоизмерительным устройством, причем вход одного ИЗ удвоителей частоты электрически соеди1нен с выходоМ изб-ирательнОГО уси-лителя, настроенного на частоту первой гар.моники модулирующего напряжения, а выходом - с фазовращателем, подключенным к одному из выходов выключателя, второй вход которОГО

подключен iK избирательному усилителю, настроенному на частоту второй гар.мсеики модуЛИруЕощего напряжения, а выход - к одному из входов фазоизмерительнОГо устройства, соединенного электрически со входом ревер

сивного счетчика интерференционных цолос, вход второго удвоителя частоты подключен к 1источНИку модулирующего напряжения, а выход - к другоМу входу с|)азоизмерЧтель 10 го устройства.