Устройство для измерения амплитуды периодической разности хода лучей винтерферометрах Советский патент 1981 года по МПК G01B9/02 

1

Изобретение относится к оптикоинтерференционным средствам измерений и может быть использовано для измерения периодических изменений физических .величин в оптически прозрачных . средах.

Известно устройство для измерения амплитуды периодической разности хода лучей в интерферометре, предназначенном для измерения звукового дав- ,0 ления в жидкой среде, содержащее блок фотоприемников и измеритель гармонических смещений интерференционных полос l .

Недостатком известного устройства j является низкий диапазон амплитуд измеряемых колебаний, поскольку в нем измерение амплитуды разности хода лучей осуществляется путем анализа фототока первой гармоники от моду- 2о лированной исследуемым процессом интерференционной картины при ее смещениях в пределах одной интерференционной полосы.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения амплитуды периодической разности хода лучей, содержащее фотоприемник, подключенный к осциллографу и счетчику числа интерференционных полос, и блок управления, в котором увеличение диапазона измерений достигается использованием метода счета числа интерференционных полос за /Ц периода исследуемого п 5оцесса .

Недостатком этого устройства является низкая точность измерений, обусловленная погрешностью усреднения результата счета полос за m периодов исследуемого процесса.

Цель изобретения - увеличение точности измерений амплитуды периодической разности хода лумей.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее фотоприемник, подключенный к осциллографу и счетчику числа интерференционных полос, и блок управления, дополнитель38но введены светопровод с фотоприемником и счетчик периодов процесса, пои этом вход световода подключен к экран осциллографа в точке, лежащей на осях симметрии синхронизированного изображения сигнала интерферометра, а выход его фотоприемника подключен к счетчикам числа полос и периодов процесса и блоку управления. Функциональная схема интерференционного устройства изображена на чертеже. Устройство содержит лазер 1, свето делитель 2, зеркала 3, фотоприемник 7 модулятор 5i камеру 6 давления, окна 7, вибратор 8, градуируемый преобоазователь 9 давления, усилитель Ю мощности, генератор 11 сигналов, счет чик 12 периодов процесса, световод 13, дополнительный фотоприемник , счетчик 15 числа интерференционных полос, осциллографЪ,, генератор 17 пилообразного напряжения и блок 1В упра вления. При этом камера 6 давления установлена в измерительном плече интерферометра, модулятор 5 с подключенным к нему генератором 17 установлены в его опорном плече, светопровод 13 подключен к экрану осциллографа в точке, ле кащей по осям симметрии изображения сигнала интерферометра, а выход фотоприемника Ik подключен к счетчикам 12 и 15 и блоку 18 управления. Устройство работает следующим образом. Световой поток от лазера 1 попадает на светоделитель 2 и делится на два пучка, один из которых попадает на зеркало 3 в измерительном пле че, а другой - на зеркало 3, установленное в опорном плече интерферометра -Отраженные от зеркал 3 пучки интерферируют на светоделителе 2 и регистрируются фотоприемником k. Перед измерением с помощью преобразователя 5 в опорном плече интерферометра осуществляют изменение разности хода по пилообразному зеркалу, а в камере 6 создают переменное давление с заданно амплитудой. Изменение разности хода лучей на участке пути между окнами 7 обусловленное звуковым давлением, создаваемым вибратором 8 с помощью усилителя 10 мощности и генератора 1 приводит к периодическому смещению интерференционных полос на фотоприемнике 4, а приемник разности хода лучей за счет преобразователя 5 обе8спечивает скатывание интерференционной каронны по пилообразному закону в точке ее наблюдения. Перед началом измерений устанавливают нулевые показания счетчиков 12 и 15. При измерении амплитуды давления, пропорциональной амплитуде разности хода в камере 6 от генератора 17 с блока 18 управления поступает сигнал пуска. При этом на экране осциллографа 16 фаза синхронизированного изображения си гналас интерферометра начинает изменяться по пилообразному закону. В момент, когда изображение сигнала на осиллографе 16 пересекает световод 13 на фотоприемник Н Попадает сигнал, который вырабатывает на его выходе, импульс запуска счетчиков 12 и 15 и тактовый импульс в релейной схеме блока 18 управления. Далее изображение сигнала с изменяющейся фазой движется в обратном порядке и занимает положение, при котором изображение сигнала второй раз пересакает точку контакта световода 13с экраном осциллографа 16. Возникающий при этом электрический импульс на выходе фотоприемника готовит релейную схему в блоке 18 управления к остановке счетчиков 12 и 15. В дальнейшем изображение сигнала занимает на экране осциллографа первоначальное положение, а фаза сигнала, после пуска счетчиков 12 и 15, изменяется точно на ЗбО. В этот же момент электрический импульс с фотоприемника Н с помощью релейной схемы в блоке 18 управления вызывает команду Стоп счетчиков 12 и 15. При этом на табло счетчика 12 регистрируется число, равное m периодов процесса в камере 6, а на табло счетчика 15 число, равное N интерференционных полос, прошедших перед щелью фотоприемника k за время измерения, т.е. за те же m периодов, зарегистрирован-, ных счетчиком 12. Сброс сигналов со счетчиков 12 и 15 осуществляется командой с пульта 18 управления. Результаты измерения (значения m и N) позволяют вычислить амплитуду оптической разности хода лучей интерферометра д Епо формуле Амплитуда давления PQ вследствие того, что Р определяется выражениемгде К - коэффициент, численно равный приращению давления в камере 6, при тором интерференционная картина смещается на одну полосу. Таким образом, устройство позволя ет повысить точность измерения ампли туды разности хода лучей интерфероме ра не менее, чем на порядок по сравнению с известными устройствами. Устройство в значительной мере решает проблему точного счета дробных долей интерференционных полос для случая изменения оптической разности хода лучей интерферометра по периодическому закону. Оно может быт применено, кроме установок для измерения пере,генного давления, в образцовых вибростендах для измерения амплитуды вибрации и других установках и устройствах, в которых измеряемая величина изменяется по периодическому закону и является функцией оптической разности хода лучей при интерференции. Формула изобретения Устройство для измерения амплитуды периодической разности хода лучей в интерферометрах , содержащее фотоприемник, подключенный к осциллографу и счетчику числа интерференционных полос, и блок управления, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерений, в него дополнительно введены светопровод с фотоприемником и счетчик периодов процесса, при этом вход светопровода, подключен к экрану осциллографа в точке, лежащей на осях симметрии синхронизированного изображения сигнала интерферометра, а выход его фотоприемника подключен к счетчикам числа полос и периодов процесса и 5локу управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР If 673838, кл.С 01 В 9/02, 08.08.75. 2. Шумилин В. П., Авдеев Ф. Н. Преобразователь давления, основанный на интерференциальном методе.- Труды метрологических институтов СССР, вып. 223(283), 1978, с. 86-90 (прототип) .