Интерференционное устройство для измерения перемещений Советский патент 1979 года по МПК G01B11/00 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения линейных размеров дет гилей, малых перемещений амплитуд вибраций в широком диапазоне частот, например, при поверке вибродатчиков или проведении испытаний изделий электронной техники и др Известно.оптико-электронное устройство для измерения разности хода двух световых колебаний, содержащее оптический интерферометр и фотоприемник 1 . Недостаток этого устройства заключается в высокой критичности устройства к влиянию дестабилизирующих факторов (вибраЦин,удары,колебания воздушной среды и т.д.),что приводит к низкой точности измерения. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является интерференционное устройство для из мерения перемещений, содержащее оптически связанные источник монохром тического излучения, светоделитель и опорное зеркало, фотоприемник, электромеханический преобразователь скрепленный с опорным зеркалом, и блок регистрации, связанный входом с выходом фотоприемника 2. Недостатками этого устройства являются ограниченный частотный диапазон и невысокая точность. Целью изобретения является повышение точности и расширение частотного диапазона измерений. Для этого устройство снабжено светорасщепителем, установленным между источником излучения и светоделителем, зеркалом, расположенным на общем основании с объектом, вторым фотоприемником и установленным на выходе излучения из светоделителя оптическим элементом, фотоприемники установлены симметрично относительно оптического элемента, а выход второго фотоприемника связан с электромеханическим преобраз оват елем. На чертеже приведена схема устройства. Устройство содержит источник 1 монохроматического излучения, светорасщепитель 2, светоделитель 3, опорное зеркало 4, закрепленное на электромеханическом преобразователе 5, зеркало 6, объект 7 измерения, оптический элемент 8, два фотоприемника 9 и 10, блок 11 регистрации. Светорасщепитель 2 расположен на пути пучка света источника 1 излучеПИЯ, зеркало 6 расположено на общем основании с объектом 7, фотоприемники 9 и 10 расположены каждый на выходе соответствующего пучка света Из оптического элемента 8, фотоприемник 9 электрически связан с электромеханическим преобразователем 5, а фотоприемник 10 электрически связан с блоком 11 регистрации.

Устройство работает следующим образом.

Пучок света источника 1 делится расщепителем 2 на два параллельных пучка 12 и 13. Пучок 12 делится светоделителем 3 на два пучка, которые, отразившись от опорного зеркала 4 и объекта 7, формируют интерференционную картину 14, интенсивность которой преобразуется фотоприемником 10 в электрический сигнал, который измеряется блоком 11 регистрации. Пучок 13 делится в свою очередь светоделителем 3 на два пучка, которые, отразившись от опорного зеркала 4 и зеркала 6, формируют интерференционную картину 15, интенсивность которой преобразуется фотоприемником 9 в электрический сигнал, который подается на преобразователь 5, на котором закреплено опорное зеркало 4

Смещение объекта 7 приводит к измен.ению интенсивности интерференционной картины 14 и величины электрического сигнала на выходе фотоприемника 10, что регистрируется блоком 11 регистрации.

Расчет смещения объекта производится по формуле

.А. .

Л&27Г 1 1 . мох min

гдедЕ- величина смещения объекта;

Л- длина волны источника света; дХ - изменение тока на выходе фотоприемника;

1|,-сигнсШ на выходе фотоприемника при максимальной и минимальной интенсивности интерференционной картины соответственно.

Пучок 13 делится светоделителем на два пучка, которые, отразившись от зеркал . 4 и 6, формируют интерференционную картину 15. Благодаря тому, что при формировании второй интерференционной картины используютс те же элементы, что и для формирования первой, кроме объекта, и интерферирующие пары пучков проходят блико друг с другом, вредное воздействие, оказываемое на них, является одинаковым, но тракты формирования интерференционных картин оказываются разделенными.

При действии jBHeiiiHHx помех происходит смещение элементов и измене .4

ние разности хода плеч интерферометра. Ij этом случае изменение интенсивности интерференционной картины преобразуется в изменение электрического сигнала на выходе фотоприемника 9. Преобразователь 5 под дейстьием электри еского сигнала деформируется и смещает опорное зеркало 4, компенсируя тем самым дестабилизирующий фактор и поддерживая постоянной интенсивность интерференционных картин 14 и 15. Изменение

интенсивности интерференционной картины 14 может произойти только в случае смещения объекта 7, который не входит в систему компенсации, и,

таким образом, его смещение может быть зарегистрировано измерительным каналом интерферометра.

Изобретение позволяет повысить точность и расширить диапазон измерения перемещений.

Формула изобретения

Интерференционное устройство для измерения перемещений, содержащее оптически связанные источник монохроматического излучения, светоделитель и опорное зеркало, фотоприемник, электромеханический преобразо0 ватель, скрепленный с опорным зеркалом, и блок регистрации, связанный входом с выходом фотоприемника, о тлич ающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения

5 частотного диапазона измерений, оно снабжено светорасщепителем, установленным между источником излучения и светоделителем, зеркалом, расположенным на общем основании с объекQ том, вторым фотоприемником и установленным на выходе излучения из светоделителя оптическим элементом, фотоприемники установлены симметрично относительно оптического элемента, а выход второго фотоприемника связан с. электромеханическим преобразователем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бернштейн И. Л. Об измерении весьма малых изменений разности хода двух световых колебаний.ДАН СССР, т. X С 1У, W 4, 1954, с. 655.

2. Отчет по НИР Разработка и исследование метрологических характеристик экспериментальной установки для градуировки и поверки пьезоэлектрических ::реобразователей ультраэвукрвой аппаратуры , 1 Госрегистрации 71011427, Инвентарный номер 6221177 (прототип).