Интерференционный измеритель перемещений Советский патент 1981 года по МПК G01B21/00 

(54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

1

Изобретение относится к оптической интерферометрии и может быть использовано для измерения мгшых угловых колебаний ультоазвуковых и электроакустических преобразователей, в частности, оптических фазовых модуляторов с пьезоэлектрическим, электромагнитным, электродинамическим, магнитострикционным и т.д. ПРИВОДОМ.

Известно интерферометрическое устройство, которое содержит источник излучения, интерференционную систему, два фотоприемника и схему обработки сигналов, СОСТОЯЩУЮ из последовательно соединенных дифференциального усилителя, демодулятора и ре-, гистрируюшего блока fl .

При использовании данного устройства для измерения угловых перемещений колеблющегося отражателя интерференционной системы не обеспечивается высокая точность измерений,так как появляются ошибки, связанные с переюстировкой интерференционной системы и влиянием постоянных вибраций и флуктуации показателя преломления воздуха.

Наиболее близким к предлагаемому является интерференционный измеритель перемещений, содержащий источник излучения, установленную по ходу светового луча интерференционную систему, включгиощую в себя зеркало, связываемое с исследуемым объектом, диафрагму и Фотоприемник, схему обработки сигналов, СОСТОЯЩУЮ из двух идентичных каналов, содержащих соединенные последовательно избиратель10ный усилитель и детектоо, генератора и отсчетного блока 23.

Цель изобретения - повышение точности измерений угловых перемещений;

Поставленная цель достигается 15 тем, что интерференционный измеритель перемещений снабжен второй диафрагмой и вторым фотоприемником, соединенными последовательно тригге- ром, блоком формирования импульсов

20 запрета, генератором пилообразного напряжения и электрическим модулятором, предназначенным Для подключения к исследуемому объекту, а в каждый канал схемы обработки сигна25лов введены соединенные последовательно триггер Шмидта и дифференцирующий блок, вход триггера Шмидта подключен к выходу детектора, вход каждого из каналов схемы обработки

30 сигналов подключен к соответствующему фотоприемнику, а выход - к триггеру, который подключен к отсчетному блоку, а вход электоического модулятооа соединен с входом генератора.. На фиг. 1 представлена схема интерференционного измерителя перемеше1}ий; на Фиг. 2 - приведены временные диафрагмы напряжений.

УСТРОЙСТВО состоит из источника 1 излучения, оптически связанной с ним интерференционной системы 2, состоящей из оптически связанных отражателя 3, первого оптического телескопического узла, составленного из ДЛИННОФОКУСНОГО и короткофокусного объективов 4 и 5, полупрозрачного зеркала 6 , второго оптического телескопического узла, составленного из КОРОТКОФОКУСНОГО и длиннофокусного объективов 7 и 8, третьего оптического телескопического узла, составленного из КОРОТКОФОКУСНОГО и длиннофокусного объективов 9 и 10 и зеркала 11, двух диафрагм 12 и 13, установленных на выходе интерференционной системы 2, двух фотоприемников 14 и 15 и схемы обработки сигналов , содерж ащей два избирательных усилителя 16 и 17, два детектора 18 и 19,. два триггера 20 к 21 Шмидта, два дифференцирующих блока 22 и 23, триггер 24, отсчетный блок 25,электрический модулятор 26, генератор 27. пилообразного напряжения, блок 28 Формирования импульсов запрета и генератор 29.

Устройство работает следующим образом.

Поток излучения от источника 1 с помощью полупрозрачного зеркала б делится на два потока, которые напЪавляются в первый и второй оптические узлы 4и5и9и10 соответственно. Каждый из этих телескопических узлов расширяют падающие на потоки излучения и направляют их на отражатель 3 и зеркало 11. После отражения от отражателя 3 и зеркала 11 разделенные потоки излучения возвращаются в телескопические узлы 4 и5и9и10, после йрохождения через которые они сужаиотся до первоначального размера в поперечном сечении и совмещаются на полупрозрачном зеркале б. Совмещенные потоки излучения полупрозрачным зеркалом б направляются в третий опти-; ческий телескопический узел 7 и 8, КОТОРЫЙ расширяет их до тех же размеров в поперечном сечении, которые они имеют в плоскости зеркала 11.

Генератор 29 вырабатывает электрическое напряжение гармонической Формы с той частотой, на КОТОРОЙ испытывается исследуемый объект 3Q (электроакустический или ультразвуковой преобразователь), с которым связывается зеркало 11 интерференционной системы 2. Напряжение с выхода генератора 29 подается на злектричес кий модулятор 26, на второй вход которого подается сигнал от генератора 27 пилообразного напряжения. На вы5 ходе электрического модулятора 26, таким образом, имеет место гармоническое напряжение (например синусоидальной ФоркЕл), модулированное по амплитуде по пилообразному закону

Q (фиг. 2а). Это напряжение подается далее на исследуемый объект 30, с которым связывается зеркало 11. Зеркало 11, таким образом, колеблется и осуществляет модуляцию разности Фаз потоков излучения интерферирующих

в плоскости диафрагм 12 и 13. С помощью диафрагм 12 и 13 и фотоприемников 15 и 14 осуществляется преобразование изменений интенсивности в интерференционной картине в электрический сигнал на выходе Фотоприемников 14 и 15, который затем поступает на выходы избирательных усилителей 16 и 17 соответственно, настроенных на частоту сигнала, вырабатываемого

5 генератором 29. В случае строго поступательных колебаний зеркала 11 сигналы на выходе обоих избирательных усилителей 16 и 17 будут полностью идентичны. При наличии угловых коле-.J баний зеркала 11 амплитуды его линейных (вдоль оптической оси) перемещений в различных точкгис колеблющейся поверхности будут различны,; Это при) йедет к тому, что амплитуды сигналов на выходе избирательных усилите-f

лей 16 и 17 будут обращаться в нуль в различные моменты времени. ПРИ этом, чем больше амплитуда угловых колебаний зеркала 11, тем больше промежуток времени будет разделять

0 моменты равенства нулю амплитуд сигналов на выходе избирательных усилителей 16 и 17, т.е. указанный промежуток времени служит мерой амплитуды угловых колебаний зеркала 11, свя5 зываемого с исследуемым объектом 30. С выхода избирательных усилителей 16 и 17 сигналы поступают на детекторы is и 19 соответственно, которые выделяют огибающую сигналов (фиг.

Q 2 б и в). С выхода детекторов 18 и 19 эти напряжения подаются на триггеры 20 и 21 СЬлидта, которые осуществляют формирование напряжений прямоугольной формы (фиг. 2 г и д).После дифференцирования этих напряжений

с помощью дифференцирукицих блоков 22 и 23. на их вкоходе получают короткие импульсы, соответствующие моментам времени, в которые амплитуда сигнгша на выходе избирательных усилителей 16 и 17 становится равной нулю (фиг. 2 е и ж). Эти импульсы подаются далее нэ триггер 24 о раздельныкси входами/ который формирует измерительный импульс -(фиг. 2 з),

5 длительность которого пропорциональна с1мплитуде угловых колебаний зеркала 11. После измерения длительноеj ти этого импульса с помощью отсчетноге блока 25 амплитуду измеряемых угловых колебаний определяют по следующей формуле ДЧ. -j--., -ёлтлитуда колебаний зеркала 11, при которой амплиту да напряжения на выходе избирательных усилителей 16 и 17 обращается в нуль -отношение максимальной амплитуды колебаний зеркала 11 к величине t; -коэффициент увеличения оптической систелш, состоя щей из оптических телеско пических узлов 9 и 10 и 7 и 8} -расстояние между центрами диафрагм 12 и 13 -длительность информационного импульса, измеренная отсчетным блоком 25; -длительность прямого хода пилообразного напряжения на выходе генератора 27. Для исключения ложных срабатываний отсчетного устройства 25 во вре1МЯ обратного хода пилообразного напряжения, подаваемого на электрический модулятор 26 от генератора 7,на триггер 24 от блока 28 формирования импульса запрета подается запирающее напряжение, которое действует только во время обратного хода пилообразного напряжения. Таким образом, благодаря тому, что в предлагаекюм устройстве изметэе ние угловых перемещений электроакуст ческих и ультразвуковых преобразователей осуществляется путем сравнения амплитуд линейных (направленных вдол оптической оси интерференционной сис темы) колебаний, измеренных одновременно по крайней мере в двух различных точках поверхности испытуемого образца, и так как ПРИ этом устраняются погрешности, связанные с переюс тировкой интерференционной системы, и ослабляются погрешности, обусловленные влиянием посторонних вибраций флуктуации :показателя преломления воздуха фазовой и амплитудной неста бильности источника излучения и т.д. повышается точность измерений угловы пёремешений. Кроме того, за счет использования для отсчета значений амплитуд колебаний различных точек поверхности испытуемого образца моментов времени, в которые амплитуда первой гармоники сигнала модулирующей частоты на выходе фотоприемных устройств обращается в нуль, исключается возможность влияния посторонних вибраций и ДРУГИХ дестабилизирующих факторов, что также обеспечивает повышение точности измерений угловых колебаний испытуемого объекта по сравнению с известным УСТРОЙСТВОМ. формула изобретения Интерференционный измеритель перемещений, содержащий источник излучения, установленную по ходу светового. луча интерференционную систему,включающую в себя зеркало, связываемое с исследуемым объектом, диафрагму и. фотоприемник, схему обработки сигналов , состоящую из двух идентичных каналов, содержащих соединенные последовательно избирательный усилитель и детектор, генератора и отсчетного блока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений угловых перемещений, он снабжен второй диафрагмой и вторым фотоприемником, соединенными последовательно триггером, блоком дюрмирования импульсов запрета, генератором пилообразного напряжения и элект,рическим МОДУЛЯТОРОМ, предназначенным для подключения к исследуемому объек,ту, а в каждый канал схемы обработки сигналов введены соединенные последоцательно триггер Шмидта и дифференцирующий блок, вход триггера Шмидта подключен к выходу детектора, вход каждого из кангшов схемы обработки сигналов .подключен к соответствующему фотоприемнику, а выход - к триггеру, который подключен к отсчетному блоку, а вход электрического модулятора соединен с входом генератора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Швеции 331493, кл. Н.04 23/00, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР 382917, кл. G 01 В 9/02, 1973 (прототип).

П

ir