Интерференционный способ измерения линейных перемещений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (13 4 С 1 В 9 /О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР(7 1) Всесоюзный научно-исследователь.ский и конструкторский институтсредств измерения в машиностроении(54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится к областиизмерительной техники и может бытьиспользовано для измерения малых,линейных перемещений, Цель изобрете.ния - расширение функциональных воз,можностей за счет измерения положения объекта относительно центра сходящегося измерительного пучка путем сравнения интенсивности света в двухточках интерференционного поля. Гомоцентрический когерентный пучок с помощью делителя 1 разделяется на два: измерительный и опорный. Отражатель 3 формирует опорный гомоцентрический пучок, который сопряге ется с пучком, отраженным от поверхности 6. объекта. В плоскости интерференционной картины установлены приемники 4 и 5 излучения (один из них располагается на оптической оси), преобразующие излучение в электрические сигналы, разность фаз между которыми пропорциональна расстоянию между отражающей поверхностью 6 и центром сходящегося измерительного пучка. 2 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых линейныхперемещений,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей за счетизмерения положения объекта относительно центра сходящегося света вдвух точках интерференционного поля.На фиг. 1 приведена общая схемареализации способа; на Фиг. 2 - однаиз возможных схем реализации способа.Устройство, реализующее способ,содержит делитель 1, линзу 2, опорный отражатель 3, осевой 4 и краевой 5 приемники, отражающую поверхность 6, связанную с объектом.Гомоцентрический когерентный пучок излучения с центром в точке Б спомощью делителя 1 разделяют на двапучка. Линза 2 формирует в простран-.стве контролируемого объекта измери 1тельный гомоцентрический пучок, сходящийся на оси измерения Е в точкеоЯ,. По ходу отраженного делителем 1излучения отражатель 3 формируетопорный гомоцентрический пучок, схо,дящийся на оси Е, в точке Б оптически сопряженной с точкой Б . Излучение, отраженное от поверхности 6контролируемого объекта в точке Ян,собирается линзой 2 в обратный гомоцентрический измерительный пучок,сходящийся в точке Б. Измерительныйпучок делителем 1 совмещается с опорным пучком под нулевым углом. Приемники 4 и 5 излучения преобразуют излучение в аналоговый электрическийсигнал, при этом приемник 4 располо 40жен на оси Е, интерференционного поля, а приемник 5 - на краю интерференционного поля.При перемещении поверхности 6вдоль оси измерений происходитмодуляция интенсивности интерференционного поля, вызываемая изменением разности фаз опорной и отраженной от поверхности 6 измерительнойволн; одновременно из-за движенияточки отражения Б происходит изменение кривизны фронта отраженной волныотносительно опорного волнового Фронта центр которого оптически сопря 9жен с центром Б, сходящегося в прост ранстве объекта пучка излучения,Изменение интенсивности интерференци.нного поля по сечению совмещенных пучков при приближении точки. Б к центру Я происходит несинфазно.В центре интерференционного поля изменение нормированного значения интенсивности составляет Ф1 = 2 соз(21 сЕ), где 1 с - волновое число Е - величина осевого смещения точки отражения Б относительно центра Б а на краю поля из-за изменения положения центров кривизны Б н опорного Б и измерительного Фронтов нормированное значение интенсивности меняется в общем случае по закону2 1= 2 с 21 Е +(- 20 1 1 1(2) 1 1 1 )в +а Е где Х, - координаты точки анализа; а - расстояние от линзы до контролируемой поверхности; а - расстояние от линзы до центра измерительного гомоцентрического пучка; - фокусное расстояние линзы 3. Изменение фазы в формуле (2) объясняется несовпадением центров Я и/о Я кривизны гомоцентрических опорного и измерительного пучков и, следовательно, разной удаленностью волнового фронта измерительной волны относительно стационарного волнового фронта опорной волны по направлению от оси Е, к краю интерференциоцного поля. По мере сближения центров кривизна волновых фронтов выравнивается, а изменение фазы (за счет уменьшения разности а и ауменьшается до нуля. При совпадении центров кривизны (а = а,) волновые фронты полностью совмещаются и изменение фазы становится равной нулю. При дальнейшем движении контролируемой поверхности 6 а становится больше а фаза меняет знак на противоположный.Если приемники 4 и 5 излучения установлены так, как показано на фиг. 1, то при перемещенииповерхности 6 контролируемого объекта на входах приемников 4 и 5 образуются интерференционные сигналы в виде меня 1472754ющихся по гармоническому закону, интенсивностей (см. ( 1) и (2. На выходах приемников 4 и 5 образуются соответствующие электрические сигна 5 лы, имеющие в общем случае разные фазы. Так как разность фаз является функцией положения, то, изменяя ее, можно судить о положении поверхности 6 контролируемого объекта на оси измерений относительно центра сходящегося в пространстве объекта пучка излучения.В случае измерений, приводимых по схеме, показанной на фиг. 2, выражение (2), описывающее нормированную интенсивность волны, примет более простой вид: 1 = 2 соз 212 + - (-) 2 ЕХо2 а,20 Второе слагаемое аргумента является разностью фаз сигналов, снимаемых с осевого и краевого приемников 4 и 5, и представляет собой линейную 25 функцию от удаленности контролируемой поверхности относительно неподвижной точки Яоформула и з обретения Интерференционный способ измерения линейных перемещений, заключающийся в том, что из гомоцентрического светового пучка формируют взаимно когерентные опорный и сходящийся измерительный пучки, формируют интерференционное,поле путем совмещения отражаемого от объекта обратного измерительного пучка под нулевым углом с опорным пучком, регистрируют интенсивность света в центре интерференционного поля, а о величине перемещения судят по изменению интенсивности света в интерференционном поле, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расп 1 ирения функциональных возможностей за счет измерения положения объекта относительно центра сходящегося измерительного пучка, регистрируют интенсивность света на краю интерференционного поля, а о положении объекта судят по разности фаз интенсивности света в центре и на краю.1472754 Р.2 Составитель В. ЧулковТехред Л.Сердюкова Корректор Л. Патей Т. Лаэорен а ак В ьский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гаг Производственно-иэда 99/40 Тираж 683осударственного комитета по изобретения113035, Москва, Ж"35, Раушская Подписноеи открытиям при ГКНТ б., д. 4/5