Способ определения расстояния до поверхности объекта

(54) СПОСОБ ОПРЕДКЖИИЯ РАССТОЯНИЯ Д)ПОВЕРХНОСТИ ОБЪЕКТА(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в мапиностроении и приборостроении, в частности, при настройке и регузщровке систем записи ивоспроизведения информации. Цельизобретения - увеличение точности М ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОП(РЫТ ПРИ ГКНТ СССР определения расстояния до поверхности объекта достигается за счет использования явления многолучевойинтерФеренции. Световой пучок лазера 1 модулируется по интенсИвностии спектральному составу н с помощьюсветовода 2 направляется на поверхность Э контролируемого объекта. Врезонаторе, образованном поверхностью Э и торцом световода 2возникает многолучевая интерференция,аналогичная интерференции в резонаторе фабри-Перо, Энергия световогопучка, отрааенного от поверхности,с помощью отвода 4 подводится к устройству 5, которое выделяет сигналвторой гармоники частоты модуляциии измеряет его амплитуду, по величине которой определяют расстояние доповерхности 3. 1 ил;явления, возникающие между торцом 45 световода 2 и поверхностью 3, можно представить моделью многолучевой интерФеренции в открытом резонаторе Фабри - Перо, коэффициент пропускания которого дается выражением50 1Т = ----- ., (1)1 + А з 2.п (-)22 4 К гдеА=- ---а К - коэффициентотражения тор.ца световодаи поверхности; Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь. эовано в машиностроении и приборостроении, в частности при настройке и регулировке систем записи и воспроизведения информации.Цель изобретения - увеличение точности определения расстояния до поверхности, 1 ОПоставленная цель достигается за счет использования явления многолучевой интерференции.На чертеже приведена функциональная схема, поясняющая способ измерения расстояния до поверхности объекта.Способ заключается в следующем.Лазер 1, являющийся источником монохроматического излучения, вырабатывает световые колебания, длина волны и амплитуда которых модули- рованы сигналом, изменяющимся по гармоническому закону. По световоду 2 модулированное излучение лазера 1 25 попадает во внешний, по отношению к лазеру 1, резонатор, образованный торцом световода 2 и противолежащей ему поверхностью 3, расположенной на искомом расстоянии. В резонаторе30 возникают интерференционные явления, следствием которых являются нелинейные искажения, возникающие в оптической системе, состоящей из лазера 1, световода 2 и внешнего резонатора. При помощи отвода 4 световые ко лебания подводятся к устройству 5, которое выделяет сигнал второй гармоники частоты модуляции и измеряет его амплитуду. Выбор второй гармоники в качестве информативной ве личины вызван тем, что она имеет наибольшую амплитуду среди гармонических составляющих.р 4( п 1Д сдвиг по фаземежду соседними лучамив интерферометре;и - показатель преломления,обычно и = 1;1 - расстояние между торцамисветовода и поверхностью;- длина световой волны.Значение А мало при малых К и поэтому справедлива следующая запись выражения (1): Т = (1 - -) + - созд (2)А А2 2 Иэ этого выражения следует, что коэффициент пропускания образующегося резонатора является периодической функцией и меняется от максимального значения до минимального с амплитудой А/2,Выходящий из лазера 1 световой пучок испытывает некоторую модуляцию интенсивности и связанную с ней девиацию длины волны: Р(с ) = Р,+ с 2 Р созозс;Л(с.) = Л,+ ЬЛсозшс, (3) амплитуды отклонения мощности излучаемого света и девиации длины волны при изменении тока лазера 1;средняя мощность излучения;длина несущей волны излучения. где ЬР и ЬМ -Ло где Т - коэффициент пропускания резонатора на частоте модуляции;Т, - коэффициент пропускания резонатора на гармониках(ш = 1,2). Тогда интенсивность света, проходящего через зазор между торцом световодов и поверхностью, равнаПредполагая, что функции ЬР(16 ),с ЬЪ(1,) линейны и сс 1,выражение (2) подстановкой значений ди Ь приводится к видуСФТ Т+соз шыс, (4)(5) Из этого выражения следует, что при прохождении излучения через резонатор, образуемый торцом и поверх 10ностью, происходит генерация высшихгармоник и коэффициент нелинейных искажений имеет вид: Е РоТ,о - , (Т.,+Т,К -101дРТТЬР+РТ +о о 2(б) та нелинейных искажений от расстояния 1 до поверхности объекта,Выражение (6) может быть упрощено4 п 1 ЬЛпри ---- сс 1,В этом случае формула изобретенияСпособ определения расстояния доповерхности объекта, заключающийся в том, что формируют световой пучок, модулируют его по интенсивности, освещают световым пучком поверхность объекта, принимают пучок, отраженный от поверхности объекта, определяют расстояние по величине амплитуды гармонической составляющей модуляции отраженного пучка, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности измерений, освещение поверхности объекта и прием отЗ 5 раженного от поверхности пучка осуществляют с помощью световода, одновременно с модуляцией пучКа по интенсивности модулируют на той же частоте его спектральный состав, а расстояние до поверхности объекта определяют по величине амплитуды второй гармонической составляющей модуляции отраженного пучка. А 4/ п 1Тр1 - (1 соя)2 А . 4 п 1 4 Р п 1 дЛ;Тзй 8)П2 "о ЛЛ Т " О, ш = 2,2,тогда, при Р о = дР Т,(7) К20 1 я 2(Т + т ) Таким образом, коэффициент нелинейных искажений полностью определяется средним значением коэффициента пропускания резонатора и амплитудой гармонических колебаний коэффициента пропускания. Зависимость амплитуды второй гармоники от расстояния 1 до поверхности объекта имеет такой же характер, что и зависимость коэффициенСоставитель М.МининРедактор Е.Папп Техред И,Верес Корректор Т.Палий Заказ 6372/38 Тираж 683 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "1 атент", г.ужгород, ул. Гагарннз, 101