Интерферометр для измерения линейных перемещений Советский патент 1983 года по МПК G01B9/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, предназначено для измерений линейных перемещений и может быть использовано преимущественно в высокочастотных измерительных и управляющих устройствах. . Известен интерферометр для измерения линейных перемеьгений,содержащий лазер, светоделитель, отражатель, устанавливаемый на измеряемом объекте, .два фотоприемни-ка и электронный блок обработки сигналов 1..

Недостатком интерферометра является низкая точность измерений, обусловленная тем, что частота измерительного сигнала может изменяться в очень широких пределах, .начиная с нулевого значения, а также дрейфом энергетических параметров, источника и приемников излучения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является интерферометр для измерения линейных перемещений, содержащий одно.частотный лазер, установленные покзледовательно по ходу его лучей расщепитель лазерного излучения на два пучка и устройство сдвига частоты излучения, выполненные в виде дифракционного фазового модулятора.

первый светоД елитель и первый фотопрй емник,образующие опорный канал,второй светоделитель, отражатель/ устанавливаемый на измеряемом объекте, и второй фотоприемник, образующие рабочий канал, и электронный блок обработки сигналов, подключенный к выходам фотоприемникаС2 .

Недостатком этого интерферометра

10 является сравнительно низкая точночть измерений, обусловленная сш1ибками, связанными с неконтролируемыми олещениями оптических элементов интерферометра под воздействием

15 внешних дестабилизирующих факторов (изменение температуры, вибрации и др.), а также отсутствием возможности использования уголкового отражателя в рабочем канале без значитель20ного увеличения габаритов интерферометра, что объясняется малым значением угла между пучкг1ми, выходящих из модулятора.

Цель изобретения - повышение точ25ности измере1 ий.

Поставленная цель достигается тем, что интерферометр для измерения линейных перемещений снабжен системой из двух плоских отражателей, каж30дый из которых установлен между модулятором и первым светоделителем, в ходе излучения одного из пучков под углом к найравлению распространения л1учка и с возможностью поворота отражат я вокруг оси, f перпендикуляррной к плоскости, проходящей через оси пучков.

На чертеже представлена принципиальн схема о;цного из возможных .вариантов интерферометра для измерения линейных йеремещений.

Интерферометр содержит одночастотный лазер 1, установленные последовательно по ходу его излучения расщепитель лазерного излучения на два пучка и устройство сдвига частоты излучения, выполненные в виде дифракционного фазового модулятора 2, плоские отражатели 3 и 4, светоделители 5 и 6, угловые отражатели 7 и 8, фотоприемники 9 и 10, призму 11 и электронный блок обработки сигналов (не показан). Модулятор 2 представляет собой акустооптическую ячейку, питаемую переменным напряжением. Уголковый отражатель 7 устанавливается на измеряемом объекте, а уголковый отражатель 8 установлен неподвижно.

Элементы интерферометра 5, 11 и

9образуют опорный канал, а элементы б - 8 и 10 - рабочий канал.

-Интерферометр работает следующим образом.

Модулятор 2 расщепляет излучение лазера 1 на два пучка, распространяющихся под углом друг другу, сдвигает частоту излучения одного из них по отношению к частоте излучения другого пучка и модулирует излучение обоих пучков по фазе.

Один из пучков падает на отражатель 3 другой - на отражатель 4, псэсле отражения от которых оба пучка направляются в опорный и рабочий каналы, интерферируют друг с другом и поступают на чувствительные площадки фотоприемников 9 и 10., Фотоприемник 9 формирует на своем выходе электрический зигнал, частота которого зависит только от величины сдвига частот излучений пучков, выходящих из модуляторв 2, и является опорной.

Фотоприемник 10 формирует на своем выходе электрический сигнал, частота которого зависит как от величины сдвига Частот излучений пучков, выходящих из модулятора 2,так и от скорости перемещения уголкового отражателя 7,устанавливаемого на измеряемом объекте. В результате этого частота сигнала на выходе фотоприемника

10отличается от опорной и несет информацию о перемещении уголкового отражателя 7.

Электронный блок обработки сравнивает частоты электрических сигналов.

поступающих в него с выходов фотоприемников 9 и 10, и фиксирует величину перемещения измеряемого объекта в каждый момент времени.

Требуемый уровень сигнала с фотоJ приемников устанавливают за счет изменения угла между интерферирующими пучками (изменение ширины интерференционных полос) посредством поворота одного из отражателей в плосQ крсти, проходящей через оси пучков. При этом углы между интерферирукяцими пучками в рабочем и опорном ка-. нале всегда равны между собой, благодаря чему интерферометр практи- часки нечувствителен к неконтроли1 уемшл смещениям его оптических эле ментов под воздействием внешних ; дестабилизирукя Шх факторов.

Требуемый сдвиг частот пучков, выходящих из модулятора .2, 6б|ёс|1ечивают подбором соответствующей Частоты их модуляции. ,

в некоторых случаях модулятор 2 целесообразно выполнить в виде фазовой радиальной дифракционной ре5 шетки, установленной в ходе излучения лазера 1 с возможностью вращения вокруг оси, параллельной направлению распространения излучения, и связанного с решеткой привода ее

0 вращения.

Такое выполнение модулятора 2 позволяет снизить опорную (несущую) частоту электрических сигналов, что облегчает их обработку в электрон5 ном блоке, а также увеличить угол между пучками, выходящими из модулятора 2, что, в свою очередь,позволяет несколько сократить габариты интерферометра за счет уменьшения

Q расстояния между модулятором 2 и отражателями 3 и 4.

Снабжение интерферометра системой из двух плоских отражателей, установленных между модулятором 2 и

светоделителем 5, повьаиает точность

измерения линейных перемещений за счет исключения ошибок, связанных с неконтролируемым смещением оптических элементов интерферометра, а также за счет повышения уровня .полез0 ного сигнала и обеспечения возможности использования .уголковых отражателей в рабочем канале без увеличения габаритов интерферометра.

Формула изобретения

Интерферометр для измерения линейных перемещений,содержащий одночастотный лазер, установленные последовательно по ходу его лучей расщепитель лазерного излучения на два пучка и устройство сдвига частоты излучения, выполненные в виде дифракционного фазового модулятора, первый све 1оделитель и первый фотбприемник.

образуюшие опорный канал, второй светоделитель, отражатель, устанавлшваемый на измеряемом объекте, и второй фотоприемник, образукнаие рабочий канал, и электронный блок обработки сигналов, подключенный к выходам фотоприемников, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью пошяиения точности измерений, он снабжен системой из двух плоских отражателей,каждый из которых установлен между модулятором и первым светоделителем в ходе излучения одного из пучйов под углом к направлению распространения пучка и с. возможностью поворота отражателя вокруг оси, перпендикулярной к плоскости, проходящей через оси пучков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Хитрин A.XW, Сундукова Е.М., Ов сов Б. А. Интерферометр11ч е ские устройства контррпя линейных перемещений и их применение в технолр ическом Оборудовании. Н., ЦНИИ Электроника, 1973, с. 12 - 13.

0

2.Левитйс А.Ф., Гелешевский В.И, Фазовый лазерный интерферометр для измерения линейных перем ейий. Труды НИИ метрологии высших учебных заведений. М., вып. 12, 1974, С.13 - 17 (ЙЗЕЮТОТИП) .

5