Устройство для измерения перемещений объекта

(19) (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК СЯ)4 С 01 В 21 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ственный о СССР1979. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпо делАм изОБРетений и ОткРытий(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА, содержащееоптический интерферометр, генераторпеременного напряжения, фотоприемник, узкополосный усилитель, фазовыйдетектор, усилитель постоянного напряжения, измеритель напряжения,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности, чувствительности и расширения диапазона измеряемых перемещений, оно снабженозеркальным гальванометром, расположенным на выходе интерферометра исоединенным.с генератором переменного напряжения и усилителем постоянного напряжения, дискриминатором,расположенным между гальванометроми фотоприемником, и системой сброса,подключенной параллельно усилителюпостоянного напряжения, фотоприемник, узкополосный усилитель, фазовыйдетектор, усилитель постоянного напряжения и измеритель напряжениясоединены последовательно, а гене-ратор подключен к второму входу фазового детектора.1201681 Изобретение относится к измерительной техникЕ, в частности к оптико-интерференционным устройствам, и предназначено для автоматического измерения смещений интерференционных полосЦелью изобретения является ловы" шение точности, чувствительности и расширение диапазона измеряемых пере. мещений.На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.Устройство содержит оптический интерферометр 1, гальванометр 2, находящийся на выходе интерферометра, дискриминатор 3 в виде одной щели, соединенные последовательно фото- приемник 4 и узкополосный усилитель 5, генератор 6 переменного напряжения, фазовый детектор 7, усили тель 8 постоянного напряжения, подключенные к генератору 6, измеритель 9 напряжения и систему 10 сброса, подключенную параллельно .усилителю 8.Устройство работает следующимрбразом.Интерференционная картина в виде нескольких интерференционных полос отражается от зеркала гальванометра 2 и после прохождения дискриминатора 3 регистрируется фотоприемником 4. Световой поток, поступающий на фото- приемник 4, модулируется по гармоническому закону, для чего на гальва нометр 2 подается гармоническое напряжение от генератора 6, осуществляющее угловые колебания зеркала гальванометра 2 по гармоническому закону, что приводит после прохождения дискриминатора 3 к периодическимколебаниям светового потока на фотоприемнике 4.Для получения максимального интерференционного сигнала ширина щели дискриминатора 3 выбирается равной половине ширины интерференционных полос в плоскости дискриминатора 3. Для работы системы в плоскости дискриминатора 3 должно быть спроецировано как минимум три интерференционные полосы. Электрический сигнал П на выходе фотоприемника 4 имеет вид12% 2% 1П=П сов - 1 + - ,-х (1)ф д р, эгде П - амплитуда электрическогосигнала с фотоприемника 4;,А - длина световой волны,2" разность оптической длиныв плечах интерферометра;Л - период интерференционнойкартины в плоскости дискри минатора 3;х - линейное перемещение интерференционной картины.Линейное перемещение интерференционной картины происходит перпендику лярно направлению щели дискриминатора 3 при повороте зеркала гальванометра 2 под действием приложенногок нему напряжения. При гармоническомнапряжении, подаваемом на гальвано метр 2, имеетх=х+х, в 1.пя, (2)где х, - некоторое смещение интерференционной картины;х, - амплитуда смещения интерфе ренционной картины;Й. - частота гармонического напряжения, подаваемого нагальванометр 2;г. - время.25 Учитывая выражения (2) и (1), получаемГ 27 21 280=0 сов 1+ х + - х в 1 пй, (3)аЛ Л о ЛУзкополосным усилителем 5 выделяется З 0 сигнал первой гармоники. Из выражения (3) следует, что сигнал первойгармоники на выходе узкополосногоусилителя 5 имеет вид Ц ПО 1 в 1 п( д 1 Л х)Л ( Л х 1) в 1 пй 2 У 27 23(4) 27 где Л (,х,) - Функция Бесселя 1-го порядка,40 Для получения максимального сигнала первой гармоники подбирается хч Л/4,2 Т при этом величина Л( - х 1) достигаетсвоего максимального значения. Сигнал с выхода узкополосного усилите" ля 5 и сигнал с генератора 6 поступают на вход фазового детектора 7. В зависимости от разности оптических длин в плечах интерферометра 1 сигнал с узкополосного, усилителя 5 оказывается в фазе нли в поотивофазе с, сигналом генератора 6, фазовый, детектор 7, усилитель 8 постоянного тока вырабатывают напряжение отрицательной обратной связи, увеличение или уменьшение которого зависит от того, в фазе или в противофазе находятся сигналы с генератора 615 ВНИИПИТир филиал ППП "Патент г.ужгород, ул.Проек яе 3 1201 и узкополосного усилителя 5. Напря/жение отрицательной обратной связи с выхода усилителя,8 постоянного напряжения подается на гальванометр 2 и приводит к повороту зеркала. Сигнал с усилителя. 8 постоянного напряжения подается и на систему 10 сброса.Система 10 сброса работает следующим образом. Пусть в начальный 10 момент разность хода в плечах интерферометра 1=0 и сигнал на выходе усилителя 8 постоянного тока 0=0. При изменении разности хода в плечах интерферометра 1 сигнал на выходе усилителя 8 принимает значенияБ= 11, (5) где 7 - изменение разности ходав плечах интерферометра 1;4 - коэффициент связи между напряжением и величиной перемещения.Знак плюс или минус зависит от направления перемещения. При изменении разности хода в плечах интерфе- р 5 рометра 1 на Л/2, т.е. на одну интерференционную полосу, сигнал на выходе усилителя 8 постоянного напряжения обращается в нуль, при этом зеркало гальванометра 2 поворачивается, и захватывается следую 681 4щая интерференционная полоса. Система 10 сброса позволяет расширитьдиапазоны измеряемых перемещенийтеоретически неограниченно, а практически ограничиваемые длиной волныкогерентного источника излучения,т.е. используемого лазера.1Таким образом, при перемещенииодного из зеркал интерферометра 1интерференционная картина смещается,но при этом вырабатывается сигналотрицательной обратной связи,который поворачивает зеркало гальванометра 2 так, что на дискриминаторе 3 оказывается один и тот же участок интерференционной картины. Прикаждом изменении оптической разности хода в плечах интерферометра 1на Л/2 срабатывает система сбросаи происходит удержание в пределахследующей полосы. Измерителем 9измеряется величина напряжения обратной связи, которая прямо пропорциональна изменению длины оптического пути в плечах интерферометраи углу поворота. зеркала гальванометра 2, служащего для удержания минимума интерференционной полосы на щелидискриминатора 3 и модуляции светового потока. Заказ 7995/Ф 2650 Подписное