Интерференционный способ измерения перемещения

(51) 4 С 01 В 9/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Ордена Трудового Красного Знамени экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков и Московский ордена Трудового Красного Знамени автомобильно- дорожный институт(54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫИ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ(57) Изобретение относится. к оптическому приборостроению и может использоваться для геодезических интерференционных измерений расстояния. Целью изобретения является повышение достоверности результатов измерения перемещения и измерения также и положения объекта. Формируют поток оптического излучения в виде ряда световых пучков, направляют на объект ряд пучков, представляющих набор дифракционных.порядков, получают интерференционную картину в зоне нахождения объекта, изменяют угловое расположение пучков один от носительно другого, регистрируют изменение амплитуды пространственс ной гармоники интерференционной кар- Е тины, фиксируют экстремальное значение этой амплитуды и одновременно фиксируют пространственную частоту, соответствующую угловому расположению пучков, и определяют контролируемый параметр. 3 ил.Ьеаю 1:кЬму приборостроению и может бытьиспользовано, в частности, для геодезических интерференционных измерений расстояния. 5Цель изобретения - повышениедостоверности результатов измеренияперемещения и измерения также и по-,ложения объекта.На фиг, 1 приведена схема устройства для реализации предлагаемогоспособа; на фиг. 2 - график распределения амплитуды гармоники интерференционной картины в направлениираспространения света; на фиг. 3 -графики распределения амплитудыгармоники интерференционной картины при различных угловых распространениях пучков Ь,й 0,05, Ы Ж О, 15).Устройство для осуществления 20предлагаемого способа содержитпоследовательно расположенные источник 1 света, создающий световой поток 2 когерентного света, управляемя транспарант 3, перестраиваемыйпо частоте блоком 4, ряд 5 световыхпучков, содержащий оптические неоднородности .6, Фотоприемный блок 7и блок 8 регистрации и индикации,один иэ входов которого связан с 30выходом блока 4. В качестве управляемого транспаранта 3 может исполь"зоваться периодический пространственный или пространственно-временной модулятор света с оптическим,электрическим или механическимуправлением.В применении к ряду, сформирован"ному из 3-х световых пучков, способосуществляют следующим образом. 40Формируют от источника 1 светапоток 2 оптического излучения,формируют из потока 2 ряд 5 световых пучков, Направляют на объектряд 5 пучков, предстваляющий собой 45,набор дифракционных порядков, возникающих при дифракции на управляемом транспаранте, период которогоравен ЛВ случае образования только 3-хпорядков один из них (центральный) .распространяется вдоль направленияизмерения, а два других (боковые)составляют уголн(.соответственно.Интерференция центрального пучка 55с каждым из боковых приводит ксозданию в плоскости, перпендикулярной направлению измерения, сину соидальных полос с пространственным шагом А , где А определяетсяиз соотношения.Л = - , - , гдезьпКдлина световой волны. Полосы, образованные интерференцией боковых пучков между собой, имеют в два .разаменьший пространственный период(Л/2), могут быть отфильтрованы ив дальнейшем анализе не учитываютсяИнтенсивность интерференционнойкартины, образованной двумя пучками,описывается выражением1 1+1,: 2 ЕЕсоз ( е," м,), (1)где 1 Е Р. " интенсивности,амплитуды и фазыотдельных пучковсоответственно,Первые два слагаемых в Формуле(1) описывают постоянную составляющую, а третье - интерференционныеполосы.Если найравить ось Е по направлению перемещения, а ось Х такимобразом, чтобы направления распространения боковых пучков лежали в плоскости Х 02, то интенсивность интерФеренционных полос .в соответствиис формулой (1) описывается выражениями/1 (Х,Е) 2 Е,Е,соз(Х+ЕСд- ) +2 и Со 1 Ф (2)1 ,Х,2) 2 ЕЦсоэ 1-Л-(Х-Ей )+21 о- амплитуды и начальные Фазы центрального и боковых световых пучков соответственно.Положим для простоты, что Е,=Е =Е , и , Р,= У и получаем выраженйе для суммарной интенсивности в виде1(Х,2)1 (Х,2)+1 (Х,Е)2 тг, 2 Г ь4 Е соэ( - -Х)соз( Ейр- ). (4).л .Л 2Из формулы (4) следует, что амплитуда интенсивности интерференционной картины периодически изме няется с изменением Е, а положение нулевых значений (Х, Е) - точекминимума - однозначно определяетсяуглом расположения пучков (о) илисвязанной с о( пространственной час 1 зп ототой У= - -= --- . ИспользованиеЛ Лбольшого числа пучков в ряду 5 поз,воляет полуЧить более резко выраженные экстремальные точки.Получают интерференционную картину на входе фотоприемного блока 7,скрепляемого с контролируемым объектом. Изменяют угловое расположениепучков один относительно другого,например, путем уменьшения периодатранспаранта с помощью блока 4.При этом оптические неоднородностиб, представляющие собой экстремальное значение амплитуд пространственных гармоник интерференционныхполос, перемещаются в направлениик транспаранту. Регистрируют изменение амплитуды пространственнойгармоники интерференционной картины фиксируют в блоке 8 одновременно экстремальное значение амплитудывыходного сигнала фотоприемника ипространственную частоту, соответствующую угловому расположениюпучков,Определяют контролируемый параметр по значению пространственнойчастоты, соответствующей экстремальному значению амплитуды выходногосигнала фотоприемника. Способ основан на суммировании интерференционных синусоидальных полос одинаковой частоты, сдвиг пространственных фаз которых между собой зависит от контролируемого , расстояния и от пространственной частоты, определяющей угловое расположение пучковПри применении в качестве управляемого транспаранта фазовой синусоидальной решетки сдвиг начальных фаз центрального и боковых порядков составляет Тп /2. Зависимость ампли.туды гармоники интенсивности 1(Х,Е) от 2 для этого случая приведена на фиг. 2. Экстремальные точки располагаются на оси Е с периодом ЛЙЕсли изменение пространственной1частоты начинать с Пмин Л такой, что период 1/ЛП заведомо5 больше измеряемого расстояния 1.,то определенное блоком 8 в момент .появления на выходе блока 7 первогоминимума значение Б однозначно опре 1деляет значение Ь=Л 11Для увеличения точности измере-,ния можно определить Ь в моментпоявления и-го минимума, тогда115 1=п -- . В промежутках между измерениями допускается перемещение объекта с произвольной скоростью.Таким образом, предлагаемый способ позволяет измерять расстояния или перемещения до нескольких десятков метров и обладает возможностью абсолютного измерения, что повышает достоверность результатов и дает возможность измерить также и положение объекта,Формула изобретенияИнтерференционный способ измерения перемещения, заключающийся втом, что формируют поток оптического излучения, направляют его наобъект и определяют контролируемый 35параметр, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повьппения достоверности результатов измерения перемещения и измерения также и положенияобъекта, формируют поток излучения 40в виде ряда световых пучков полуЭчают интерференционную картину взоне нахождения объекта, изменяютугловое расположение пучков одинотносительно другого, регистрируют 45амплитуду пространственной гармони,ки интерференционной картины, фиксируют экстремальное значение этойамплитуды и одновременно с этимфиксируют пространственную частоту, 50соответствующую угловому расположению пучков, и определяют контролируемый параметр по значению прострааственной частоты, соответствующейэкстремальному значению амплитуды,1224569 Составитель Н. Захарченкоар Техред Н,Бонкало Корректор А. Обручар актор Заказ 5 ул. Проектная, 4 изводственно-поли еское предприятие г 913/36Тираж 670 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Иосква, Ж, Ра