Интерферометр для измерения больших перемещений Советский патент 1983 года по МПК G01B9/02 G01B11/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для интерференционных измерений больших перемещений в геодезии, метрологии, машиностроении и др.

Известны интерферометры типа Майкельсона для измерения больших (до нескольких десятков метров перемещений, в которых измерение осуществляется путем счета интерференционных полос при движении концевого отч ражателя вдоль всей измеряемой дистанции 1.

Однако в этих интерферометрах для получения искомой длины, редуцированной к вакууму, требуется дополнительно измерять показатель преломления воздуха, для чего необходимо выполнять измерения температуры, давления и влажности с последующим вычис ; лением показателя преломления, или же использовать дополнительный интерферометр, специально предназначенный для определения показателя : преломления воздуха.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является интерферометр для измерения больших перемещений, содержащий источник

света, светоделитель, делящий световой поток на два пучка, неподвижный отражатель, расположенный в одном пучке, подвижный отражатель, расположенный в другом пучке с возможностью перемещения влоль оси этого пучка, и регистрирующий блок со счетчиком интерференционных полос Г 2 J.

Недостатком такого интерферометра является низкая производительность измерения из-за необходимости использования дополнительных измерительных средств для определения показателя преломления воздуха, например, датчиков температуры и давления воздуха, по показаниям которых вычисляют показатель преломления и вводят соответствуквдую поправку в измеренное расстояние.

20

Кроме того, интерферометр характеризуется недостаточно высокой точностью измерения ввидутого, что показатель преломления определяется

25 обычно в месте расположения интерферометра, в то время как необходимо знать значение показателя преломпения, осредненное вдоль всей трассы измерения, по которой движется отражатель. Это обстоятельство важно iTjH длинах трасс, исчисляющихся десятками метров. Таким образом, наличие дополнительных измерительных средств увели ч:-1вает объем измерительных операций и тем самым снижает производительность измерений, а отсутствие возмож ности получения строго осредненного вдоль трассы значения показателя преломления воздуха снижает точность окончательного результата измерения Цель изобретения повы111ение производительности и точности измерения за счет.исключения необходимости дополнительных измерений для определения показателя прелогдления воздуха и обеспечения непосредственного полу чения длины, приведенной к вакууму. Указанная цель достигается тем, что интерферометр для измерения боль ших переме.дсний СЕ.абжен вакуумной ка мерой , выполненной с возможностью перемещения в направлении, совпадающем с направлением перемещения подвлжного уголкового отражателя, а последний установлен внутри этой камеры . Вакуумная камера выполнена в виде гофрированной трубки из вакуумной резины с возможностью .сжатия и растяжения вдоль ее оси, передний конец гофрированной трубки снабжен металлической плитой с прозрачным окном для прохода светового потока, задний конец этой трубки снабжен металлической плитой, соединенной с подвижным отражателем, а на плитах закреплены электромагниты. На фиг. 1 изображена схема интер ферометра для измерения больших пере 1 ;ещений; на фиг. 2 - вариант констру ции вакуумной камеры с помещенным в ней подвижным уголковым отражателем Интерферометр содержит (фиг. 1J источник 1 света, светоделитель 2 дл разделения светового потока на опорный и дистанционный пучки, неподвижный уголкоззый отражатель 3, установ1::енный в опорном пучке, вакуумную ка меру 4, установленную с возможностью перемещения по направляющим 5 вдоль С1СИ дистанционного пучка, подвиж(::ый уголковый отражатель б, смонтиЕюванный внутри вакуумной камеры 4 II дистанционном пучке с возможИостью перемещения в пределах камеры в направлении движения самой :амеры, и регистрирующий блок 7 со с;четчиком ,8 интерференционных полос Вакуумная камера 4 фиг. 2) выполнена в виде- гофрированной трубки 9 из специальной вакуумной резины с внутренними распорными кольцами ( не показаны для предохранения от сплющивания атмосферным давлением и имеет переднюю металлическую пли.У 10 с прозрачным окном 11 и заднюю металлическую плиту 12, к которой лсестко прикреплен подвижный уголковый отражатель 6 ( гофрированная трубка 9 может быть и прямоугольного или квадратного сечения, важно, чтобы ее конструкция обеспечивала возможность сжатия и растяжения по типу меховЛ. Передняя 10 и задняя 12 металлические плиты имеют выступы 13, обеспечивающие движение камеры 4 по направляющим 5. На плитах 10 и 12 жестко смонтированы электромагниты 14 и 15, обеспечивающие при их- включении прочное сцепление с платформой 11, несущей направляющие 5. Интерферометр работает следующим образом. При перемещении подвижного уголкового отражателя 6 в камере 4 (фиг.1) счетчик 8 интерференционных полос производит счет интерференционных полос. Когда подвижный уголковый отражатель 6 в камере доходит до конечного цоложения, счет полос прекращают (не выключая счетчика 8, чтобы сохранить сосчитанное число полос,а преградив путь световому потоку) и передвигают -камеру 4 вдоль линии измерения при неподвижном положении подвижного уголкового отражателя 6 до тех пор, пока он снова не займет исходное положение в камере 4. Затем опять перемещают подвижный уголковый отражатель б в неподвижной камере, возобновляя при этом счет полос и т.д. Этот процесс повторяется до тех пор, пока подвижный уголковый отражатель 6 не пройдет всю измеряемую дистанцию. Более детально работа устройства может быть разъяснена на основе фиг. 2. Сначала при выключенных электромагнитах 14 и 15 вакуумную камеру 4 устанавливают в исходное положение, при котором подвижный уголковый отражатель б находится на конце измеряемой линии. Затем включают электромагнит 14, жестко фиксирующий переднюю металлическую плиту 10 на платформе 16, и двигают заднюю металлическую плиту 12 с подвижным уголковым отражателем б по направлению к светоделителю 2. При этом камера 4 сжимается и происходит изменение разности хода интерференцирующих пучков за счет изменения вакуумного пути в дистанционном пучке, счетчик 8 интерференционных полос производит счет полос. После сжатия камеры 4 до некоторого конечного положения, показанного точечным пунктиром на фиг., 2, включают электромагнит 15,, жестко фиксируя тем самым положение подвижного уголкового отражателя б, а электромагнит 14 выключают, освобождая таким образом переднюю плиту камеры 4, вследствие чего камера разжимается и занимает новое положение, оказываясь передвинутой вдоль линии измерения. Далее включением электромагнита 14 фиксируют положение передней металлической пли ты 10, выключают электромагнит 15, освобождая заднюю металлическую плиту 12 с подвижным уголковым отражателем 6, двигают этот отражатель б, сжимая камеру 4 и т.д. При этом каждый р.аз при включении электромагнита 15 прекращают, а при включении элект ромагнита 14 возобновляют работу сче чика 8 интерференционных полос. Следует отметить, что совершенно не обязательно при сжатии камерая 4 д биваться каждый раз перемещения подвижного уголкового отражателя б точн на одну и ту же величину. Сжатие и- растяжение 4 служит лишь дл того, чтобы обеспечить движение этого отражателя б в вакууме на протяжении всей трассы, а накапливающий счетчик 8 интерференционных полос работает только во время перемещения этого отражателя б, которое происходит дискретными участкаки, и длины этих участков могут быть произвольными, так как в сумме они в любом .случае составляют полную дли ну измеряемой дистанции. Использование предлагаемого, интерферометра обеспечивает непосредственное получение значения длины, редуцированной к вакууму, без определения показателя преломления воздуха и без заключения всей измеряемой дистанции в вакуумную трубу, что позволяет повысить производительность и точность измерения. Формула изобретения 1.Интерферометр для измерення больших перемещений, содержащий источник света, светоделитель, делящий световой поток на два пучка, неподвижный отражатель, расположенный в одном пучке, подвижный отражатель, расположенный в другом пучке с возможностью перемещения вдоль оси этого пучка,и регистрирующий блок со счетчиком интерференционных полос, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и точности измерения, он снабжен вакуумной камерой, выполненной с возможностью перемещения в направлении, совпадающем с направлением перемещения подвижного уголкового отражателя, а последний установлен внутри этой камеры.. 2.Интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что вакуумная камера выполнена в виде гофрированной трубки из вакуумной резины с возможностью сжатия и растяжения вдоль ее оси, передний конец гофрированной трубки снабжен металлической плитой с прозрачным окном для прохода светового потока, задний конец этой трубки снабжен металлической плитой, соединенной с подвижным отражателем, а на плитах закреплены электромагниты.. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Коломийцев Ю.В. Интерферомзтснл. Л., Машиностроение, 1976, с. 189 194., 2.Там же, с. 191, рис.. 89 (прототип.

V V V