Интерференционное устройство для измерения расстояния

(21) 42058 (22) 09.05 (46) 07.1 (71) Ленин кий инстит (72) Г.К.К (53) 531.7 (56) Автор У 376653,7/2488 юл. У 41й электротехничес В,И.Ульянова (Лен ко радск т им. нопел 088,8 кое свидетельство СССРл. С 01 В 9/02, 1973ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расстояния донеподвижных объектов. Цель изобретения - расширение диапазона измеренийЭто достигается за счет искажения э, БО 143593 фективной рабочей частоты интерферометра. Принцип действия устройстваоснован на интерференции частотно-модулированных световых пучков, которые ) создаются путем модуляции лазерапьезоэлементом 2, имеющих разные начальные фазы, зависящие от расстояниядо зеркала 5 (объектива). Устройствосостоит иэ двух интерферометров, измерительные плечи которых различаютсяна постоянную величину, что позволяет компенсировать изменение показателя преломления воздуха, Расстояниеопределяется по значениям частот, измеренных частотомерами 1 О и 16. Сигналы на входы частотомеров поступают щлосле частотной Флльтраслл уааололосными фильтрами 9 и 15. 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расстояния до неподвижных объектов.Цель изобретения - расширение диапазона измерений за счет снижения эффективной рабочей частоты интерферометра путем использования двух частотно-модулированных световых пучков, имеющих разные начальные фазы,которые определяются положением объ"жакта.На чертеже показана функциональнаясхема устройства. 15Устройство содержит лазер 1, час"тотный модулятор 2 излучения лазера,генератор 3 электрйческих колебаний,светоделитель 4, первый интерферометр, включающий в себя зеркала 5 и 206 и светоделительный кубик 1, первыйфотопреобразователь 8, узкополосныйфильтр 9, вход которого соединен свыходом фотопреобраэователя 8, ичастотометр 10, вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра9, второй интерферометр, включающийВ себя зеркала 11 и 12 и светоделиельный кубик 13, второй фотопреобразователь 14, узкополосный фильтр 15, 30вход которого соединен с выходом фотопреобразователя 14, частотомер 16,Вход которого подключен к выходу узкополосного Фильтра 15,Устройство работает следующим об-разом.Излучение лазера 1 модулируется почастоте модулятором 2, на которыйпоступает переменное напряжение отгенератора 3 электрических колебаний, 40Измерение напряжения на обкладках пьезоэлектрического модулятора 2 приводит к изменению его геометрическихразмеров (толщины), и за счет изменения длины резонатора лазера происходит смещение частоты его колебаний.Фотопреобразователь 8 первого интерферометра и фотопреобразователь 14 второго интерферометра регистрируют интерференционные картины.Из-за разности длин щизмерительных плеч интерферометров напостоянную величину 1 сигналы, снимаемые с выходов фотопреобразователей 8и 14, будут различны, С выходов Фотопреобразователей 8 и 14 сигналы поступают на узкополосные фильтры 9 и15 соответственно, Выделенные измерительные сигналы поступают на частбтомеры 10 и 16, где измеряются их часГ1 -212ееют ш ЙЙЮМЮее еюае агсв 3 п ЯР,/431 агсвьп ТР/4 й агсвхпР/4 ю 1 асгв хп и Рю /43-агсв ьп Т Р /4 И(1) где Ью ию, - длина опорных плечпервого и второго интерферометров;Р, и Р - частоты измерительныхсигналов, измеренные частотомерами 10 и 16;80 - девиация частоты излучения лазера.Принцип измерения расстояния основан на следующем. Из-за разных длин опорного и измерительного плеч интерферометра интерферирующие световые пучки, имеющие частотную модуляцию, обладают разными начальными фазами, и в результате интерференции этих световых пучков интенсивность результирующего пучка также промодулирована по частоте, причем спектр интенсивности результирующего светового пуч" ка зависит от разности длин опорного и измерительного плеч интерферометра. Частоты интерферирующих световыхпучков записываются 1, =1, +ю)сов(р +д, );1= о +МсовЫС + Ч ) угде 1 ю - частота несущей светового излучения;- частота модуляции, й =2 Мф и Ц . - начальные фазы, зависящие отсоотношения длин опорного и измерительного плеч интерферометра и определяемые выра- жениями= гМ - - Ч = гя Ьо, 1 и 2 с ф2 сгде с; цскорость света в воздухе; - длина измерительного плечаинтерферометра;- длина опорного плеча интерФерометра. 1 ю тоты, по значениям которых вычисляется расстояние до отражателя 5, являющегося основным. Расстояние вычисля-.ется по Формулеизобретения где 1,постоянная составляющая сигнала;амплитуда сигнала; 10координата, в направлениикоторой регистрируется интерференция;волновые числа интерферирующих световых пучков. е 1)фх Спектр сигнала, описываемого выра,жейием (2), состоит из несущей с час- тотой Р, з хп (272- --- -) 4 Н . 1, - ь ф 2 сЗаказ 5634(39 Тираж 680ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Чосква, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 и боковых составляющих с частотами,равными сумме и разности несущей частоты Р и частот, равных 2 пй, где 28и 1,2, . Частота несущей выделяется узкополосным фильтром 6 и измеряется частотомером 7. Аналогично работает второй интерферометр. Записав вы"выражение для частоты Р) аналогично Зо(3) и решив совместно эти уравнения,ционное устройство дляизмерения расстояния, содержащее оптически связанные лазер, светоделитель, первый и второй интерферометры, оптические длины измерительных,плеч которых отличаются на постояннуювеличину, каждый из которых состоитиз светоделительного кубика и двухзеркал, первый и второй фотопреобра"зователи, установленные на выходахсоответствующих интерфераметров, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью увеличения диапазона измерений,оно снабжено частотным модуляторомизлучения лазера, генератором электрических колебаний и двумя электронными схемами, каждая из которыхсостоит из последовательно соединенных узкополосного фильтра и частотомера, входы электронных схем соедине"ны с выходами соответствующих фотопреобразователей, выход генератораэлектрических колебаний соединен свходом частотного модулятора излучения лазера который кинематически