Устройство для измерения малых перемещений

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИКв ЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР . ПИСАНИЕ ИЗО ТОИЯОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЯХНЕ РЕМЕЩЕНЙЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретенияявляется повышение точности и расширение функциональных возможностейпутем измерения знакопеременных перемещений, а также повышение надежностиработы устройства. Источник 1 коге"рентного света освещает две составные дифракционные решетки, состоящиеиз Фазовых 2,3 и амплитудных 4,5 субрешеток с одинаковым периодом, смешенных относительно друг друга на часть периода, фотоприемники 6,7,8Урегистрируют интенсивность излучения в 0", +1" и -1" дифракционных порядках. Измерение перемещения осуществляют с помощью того фотоприемника, производная сигнала которого больше, переключение фотоприемников осущес; ствляется с помощью блока обработки. Соотношение между дифракционной эффективностью 1, фазовый субрешетки 2, дифракционной эФФективностьюамплитудной субрешетки 3 н их относи- . тельным сдвигом У;, а также диФрак"с, фционными эффективностями Ч,фазовой и амплитудной субрешеток 4,5 соответственно и их сдвигом Ч, име" ет вид агсс,26 Я совс /ф,. 7 ) -агсгя,2 Гсов/ - )й/4+пав, где и - целое число, 1 з,й, ф-лы, 3 ил.1Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых перемещений.Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональныхвозможностей путем измерения энакопеременных перемещений,На фиг. представлена блок-схемапредлагаемого устройства для измерения малых перемещений; на фиг, 2выходные сигналы фотоприемников; нафиг. 3 - векторная диаграмма комплексных амплитуд световых сигналов,поступающих на фотоприемник. 15Устройство для измерения малых пе. ремещений состоит из последовательно расположенных и оптически связанных источника 1 когерентно го света, Фазовой субрешетки 2 и амплитудной 20субрешетки 3, второй фаэавай субрешетки 4 и второй амплитудной субре,шетки 5 причем субрешетки 2,3 и 4,5имеют одинаковый период и скрепленыпопарно со смещением на часть периода, пара субрешетак 2 и 3 закрепле, на неподвижно, а пара субрешеток 4 и5 имеет воэможность перемещаться всвоей плоскости перпендикулярно направлению штрихов. Далее устройство 30содержит фотоприемники 6-8, установленные в направлении распространения+1,0-1 порядков дифракции соответственно и блок 9 обработки сигналовфотоприемников 6-8.35Устройство работает следующим образом.Пучок света когерентнаго истачни -ка 1 на 1 чравляют на дифракционные субрешетки 2-5, Фотоприемники 6 и 7 регистрируют интенсивность света в +1и -1 порядках дифракции.При перемещении объекта 10,связаннога с субрешетками 4 и 5, выходные сигналы 1 и 1 фотоприемников6 и 7 изменяются по гармоническомузакону со смещениеч друг относительно друга по фазе Ь Ч (фиг,2). Величина перемещения объекта 1 О определяется по сигналу одного из Фотоприемников 6-8, у которого производная сиг,нала имеет большую величину. Переключение фотоприемников 6-8 осуществляется при помощи блока 9 обработкисигналов.55При перемещении одной решетки 4 и5 относительно другой изменение направления движения объекта 10 совпадает с экстремумом одного из фотоприемников, например 6 и 8 (точкиА и В на фиг.2), в сигнале другогофотоприемника 8 наблюдается сбой.Когда же изменение направления движения объекта 10 не совпадает с экстремумами сигналов точка С , сбойнаблюдается в сигналах обоих фотоприемников 6 и 8. Блок 9 обработкисигналов па сигналам сбой изменяетсоответствующим образом направлениесчета величины перемещения,Относительный сдвиг сигналов фотоприемников 6 и 8 1 и 1 определяется величиной сдвига фазовай и амплитудной решеток 4,5 и 2,3. Векторныедиаграммы на Фиг.З поясняют это,Пусть амплитудная и Фазовая субрешетки 2 и 3 имеют малую дифракцианнуюэффективность соответственно , ии пусть амплитудная субрешетка 3 смещена относительно фазовой на величинуИзвестна, - что при диФракции световой волны на Фазовой решетке 2 волны +1 и .-.1 дифракционных порядковимеют множитель П/2 относительно Фазы прошедшей волны вектора Ф и Ф(на фиг.З). Прошедшая волна дифрагирует далее на смещенной амплитуднойсубрешетке 3. При этом световая волна+1 порядка дифракции имеет фазу + Чсиа волна первого порядка - фазу Ксщ(а, и а на Фиг. 3), Эти четыреволны попарно интерферируют и какследует из фиг, 3, результирующиеамплитуды волн +1 и -1 порядков дифракции будут ичеть неравные ачплитуды и фазы , и , г и М, соответственно. Пусть теперь за этойсоставной решеткой 2 и 3 установленаподвижная амплитуда или Фазовая решетка 4 и 5. Легко показать, что интенсивности световых волн +1 и -1порядков и соответственно выходныесигналы фотоприемников 6 и 8 1, и 1определяются следующими выражениями:Й1 =г тг +2 г г соз(Ф, -);з1 =г +г+2 г гусов(9 У),а 3 тгде г - амплитуда световой волны вдифракцианных порядках подвижной решетки 4 и 5, а Ю - ее фазовый сдвиг,Формулы (1) показывают, что выходные сигналы фо,таприемников 6 и 8 смещены, друг относительно друга на величину 4 У =Ч+Чс1Полагая, что амплитуды дифракцианных волн пропорциональны квадратным932/40 Тираж 683 ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, 3-35, Рауаская наб., д, 4/5 ак Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарин