Интерференционное устройство для измерения перемещений Советский патент 1982 года по МПК G01B9/00 

(ЗЮ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике ипредназначено для измерения величины малых перемещений, которое может быть использовано при проведении научных исследований, например при изучении реакции биологических объектов На воздействие различных физико-химических раздражителей.

Известно устройство для измерения перемещений, построенное по схеме интерферометра Майкельсона, и содержащее источник монохроматическогЬ излучения, светоделитель, два отражателя в виде плоских зеркал, один из которых скрепляется с измеряемым объектом, а второй установлен неподвижно, и фотоэлектрический блок регистрации интерференционной картины ц1 J.

Недостатком известного.устройства является низкая точность измерений, обусловленная его высокой чувствительностью к внешним дестабилизируюПЕРЕМЕЩЕНИЙ

щим факторам: вибрации, температурные градиенты и др.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и решаемой задаче является интерференционное устройство для измерения перемещений, содержащее основание, оптически связанные источник монохроматического излучения, светорасщзпитель, первый отражатель, скрепляемый с измеряемым

10 объектом, размещаемым на основании, ипервый фотоприемник, образующие измерительный канал, второй отражатель, установленный на основании, и второй фотоприемник, образующие компенса(5 ционный канал, третий отражатель, оптический элемент, электромеханический преобразователь, подключенный к выходу второгофотоприемника, и блок регистрации, связанный с оыходом первого фотоприемника t JНедостатком известного устройства является сравнительно ни.чкая точность измерений, обусловленная тем, что хог

39

тя оно и позволяет скомпенсировать изменение оптической длины пути лучей в измерительном канале, вызываемое неконтролируемыми поступательными смещениями оптических элементов устройства и изменением температуры окружающей среды, но не в состоянии компенсировать случайные угловые смещения оптических элементов устройства и составляющую температурного гра|диента в направлении, перпендикуляр-ном измерительному каналу,

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено платформой и установленным на нем плоским зеркалом, расположенным в ходе лучей от источника под углом к его оптической оси, третий отражатель установлен на основании между первым и вторым отражателями, а светорасщепитель ориентирован отражающей гранью параллельно плоскому зеркалу и установлен на платформе, выполненной с возможностью поворота вокруг оси, параллельной зеркалу и перпендикулярной оптической оси источника, и скрепленной с электромеханическим преобразователем.

На чертеже показана принципиальная схема одного из возможных вариантов интерференционного устройства для измерения перемещений.

Устройство содержит источник 1 монохроматического излучения,платформу 2 и установленные на ней плоское зеркало 3 и светорасщепитель 4, первый отражатель 5 основание 6 и установленный на нем второй отражатель 7, третий отражатель 8, оптический элемент 9 первый фотоприемник 10 и связанный с его выходом блок 11 регистрации, второй фотоприемник 12 и подключенный к его выходу электромеханический преобразователь 13.

Отражатель 5 скрепляемый с измеряемым объектом 1, размещаемым на основании 6, и фотоприемник 10 образуют измерительный канал. Отражатель 7 и фотоприемник 12 образуют рабочий канал. Отражатель8 установлен на основании 6 между отражателем 5 измерительного канала и отражателем 7 рабочего-канала.

Светорасщепитель k выполнен в виде плоскопараллельной пластины.

1U2

на одну из граней которой нанесено отражающее покрытие, и ориентирован параллельно зеркалу 3, расположенному в ходе лучей от источника 1 .Платформа 2 выполнена с возможностью поворота вокруг оси, параллельной зеркалу 3 и перпендикулярной оптической оси источника 1, и скреплена с электромеханическим преобразователем 13. Оптический элемент 9 имеет две отражающие грани, обеспечивающие прохождение лучей в измерительном и компенсационном каналах на фотоприемники 10 и 12 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Зеркало 3 направляет пучок излучения источника 1 в светорасщепитель

t, который делит их на три параллельных друг другу пучка. Каждый из пучков падает соответственно на один из отражателей 5i 7 и 8, которые направляют их обратно в светорасщепитель А. Светорасщепитель объединяет попарно пучки лучей, поступающие от отражателей 5, 8 и 7, 8 с образованием двух интерференционных картин, а зеркало 3 и оптический элемент 9 направляют их на фотоприемники 10 и 12 соответственно.

Поступательное смещение отражателя 5, обусловленное воздействием измеряемого объекта 14,изменяет разность хода интерферирующих пучков в измерительном канале, что вызывает перемещение полос интерференционной картины на чувствительной площадке фотоприемника 10, а следовательно появление на его выходе электрического сигнала, пропорционального смещению отражателя 5. и фиксируемого блоком 11.

Изменение разности хода интерферирующих пучков в компенсационном канале, обусловленное воздействием дестабилизирующих факторов, вызывает перемещение полос интерференционной картины на чувствительной площадке фотоприемника 12, а следовательно появление на его выходе электрического сигнала рассогласования. Сигнал рассогласования приводит в действие электромеханический преобразователь 13, который разворачивает 2 с установленными на ней зеркалом 3 и светорасщепителем 4 в положение, обеспечивающее уменьшение сигнала рассогласования до нуля, компенсируя тем самым разность хода интерферирующих пучков, вызванную воздействием дестабилизирующих факторов. Поворот платформы 2 изменяет разность хода интерферирующих пучко в измерительном и компенсационном каналах в противог,сложных направлениях на одинаковую величину, в связ с чем неконтролируемые угловые смещения оптических элементов устройст ва и составляющая температурного градиента в направлении перпендикулярном измерительному каналу приводящие к равным по величине, но противоположным по направлению изменениям разности хода в измеритель ном и компенсационном каналах, компенсируются. Поступательные неконтролируемые перемещения оптических элементов устройства и общие изменения температуры окружающей среды не вызывают появления 1 дополнительной разности фаз в измерительном и компенсацион ном каналах, и следовательно, не требуют компенсации. Для устранения влияния на точность измерений изменений интенсивности источника 1 излучения каждый из фотоприемников 10 и 12 целесообразно выполнять в виде двух парных фотодатчиков, включенных по балансн схеме с установленными перед ними щелевыми диафрагмами, а отражатель 8 выполнять со ступенькой А/, где Л- длина волны используемого излучения. Для повышения чувствительности и мерений отражатель 5 может быть выполнен по схеме Рентча, уголковый отражатель которой, скрепляемый с контролируемым объектом, связан с рцчагом, сбалансированным относител но точки его опоры. Снабжение известного устройства плоским зеркалом 3, установленным н платформе 2, скрепленной с электромеханическим преобразователем 13, а также размещение отражателя 8 на ос +26 новании 6 между отражателями 5 и 7 позволяет повысить точность измерений за счет компенсации влияния дестабилизирующих факторов. Формула изобретения Интерференционное устройство для измерения перемещений, содержащее основание, оптически связанные источник монохроматического излучения и сееторасщепитель, первый отражатель, скрепляемый с измеряемым объектом, размещаемым на основании, и первый фотоприемник, образующие измерительный канал, второй отражатель, установленный на основании, и второй фотоприемник, образующие компенсационный канал, третий отражатель.оптический элемент, электромеханичес.кий преобразователь, подключенный к выходу второго фотоприемника,и блок регистрации, связанный с выходом Первого фотоприемника, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений,оно снабжено платформой и установленным на ней плоским зеркалом, расположенным в ходе лучей от источника под углом к его оптической оси, третий отражатель установлен на основании между первым и вторым отражателями , а светорасщепитель ориентирован отражающей гранью параллельно плоскому зеркалу и установлен на платформе, выполненной с возможностью поворота вокруг оси, параллельной зеркалу и перпендикулярной оптической оси источника, и скрепленной с электромеханическим преобразователем. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 . Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Митрофанов А.С. Применение лазеров в-машиностроении и приборостроении. Л., Машиностроение, 1978, с. 238. 2. Авторское свидетельство СССР t 679789, кл. G 01 В 11/00, U.02.78 (прототип).

//

д

/

/ ///////////7/77