Гетеродинный интерференционный способ измерения перемещения и устройство для его осуществления

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХЕСПУБЛИК 1763882 А 51)5 0 0 ОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ САНИЕ И ТЕН ВТОРСКОМУ ДЕТЕЛЬСТ ко с к,на,(21) 4880481/28(56) Авторское свидетельство СССРЬЬ 1441188, кл. О 01 В 9/02, 1987,Лазерные интерферометрьь - Вучных статей АН СССР, Новосибирсс, 10 - 41,4) ГЕТЕРОДИННЫИ ИНТЕРФЕРЕНЦИ ННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕ Изобретение относится к измерительной технике, а именно к лазерной интерферометрии, и может быть использовано для измерения точных перемещений.Известен способ измерения перемещения, заключающийся в формировании из п интерференционных сигналов, сдвинутых по фазе на л/и, 2 п импульсов на каждый порядок интерференции.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения перемещения, заключающийся в том, что измеряемое перемещение преобразуют с помощью оптико-электронного интерференционного преобразователя с применением гармонической модуляции в п интерференционных сигналов, сдвинутых на л/и по фазе, и формируют из и интеференционных сигналов 2 п импульсов на каждый порядок интерференции, которые используют для оценки перемещения. ТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ ЕЩЕНИИ И УС й СТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к лазерной интерферометрии и может быть использовано для измерения перемещения, Цель изобретения - повышение точности измерения за счет использования гетеродинного метода обработки сигналов, Последние получают посредством лазерного интерферометра с акустооптическим модулятором; он управляется генератором сигналов с делителями частоты на выходе. На выходе фотоприемника включены балансные смесители, с которыми связан блок цифровой индикации и указанные делители частоты. 2 с,п.ф-лы, 2 ил,Устроиство для измерения перемещения, содержит оптически связанные лазер, светоделительный кубик, опорный и измерительный отражатели, модулятор, фото- приемник, электрически связанные с управляющим входом модулятора генера тор сигналов, причем с выходом фотоприем- Ы ника соединены формирователи с блоком СО цифровой индикации.Недостатком указанного способа и уст- с ) ройства является невысокая точность, вызванная необходимостью применения и фотоприемных устройств и п оптических фазосдвигающих устройств,Цель изобретения - повышение точности измерения за счет использование одного общего оптического интерференционного сигнала, а также упрощение электрической схемы.Указанная цель достигается тем, что из сигнала гармонической модуляции получают н синхронных сигналов, сдвинутых на к/ппо фазе, исходный электрический сигнал перемножают с п синхронными сигналами, аполученные в результате умножения и электрических сигналов используют для формирования 2 п импульсов на каждый порядок 5интерференции,Устройство для измерения перемещения снабжено двумя делителями частоты,один из которых включен между выходомгенератора сигналов и управляющим входом модулятора, двумя балансными смесителями, включенными между выходомфотоприемника и блоком цифровой индикации, а входы этих смесителей связаны свыходами делителей частоты, 15На фиг.1 представлена схема, поясняющая предлагаемый способ; на фиг.2 - тожепри и =2.Световой сигнал интерференционногопреобразователя 1, пропорциональный измеряемому перемещению Ж(, преобразуется оптическим модулятором 2 ифотоприемником 4 в гармонический сигнал;Оф(т) = Огпсоз(йд+ КЛХ), (1) 25где Огп - амплитуда напряжения;К - частота гармонической модуляции)К = 2 т/Л, Л - оптическое волновое числои длина волны света;Л Х - перемещение, 30Генератор электрических колебаний 3синтезирует синхронные сигналы, сдвинутые по фазе на к/и, где п - число сигналов:О,1(т) = Огпсоз(ЯЛ),О 02(т) = Огпсоз(йд - л/п), (2) 35О,З(т) = Огпсоэ(ЯЬт + 2 тг/и),О 0 п(т) = Огпсоз( Ж+ (и - 1) й/и),Один из этих сигналов, например Ог 1,подается на оптический модулятор и является сигналом модуляции.Вместе с сигналом (1) фотоприемникасинхронные сигналы (2) подаются на и балансных смесителей 5, на выходах которыхпоявляются сигналы45О 1(1) = Огпсоз(К Л Х),Ог = О сов(КЛХ+ л/и), (3)Оз(с) = Огпсоз(К ЛХ+ 2 е/и),Оп(т) = Огпсоз(К Л Х + (и - 1) к/и).50Сдвинутые по фазе на. л/и сигналы (3) поступают на логический блок 6, где из и сигналов получают 2 п импульсов на период интерференционной полосы (период фазового сдвига световых волн).Импульсы поступают на реверсивный счетчик 7, который в зависимости от направления перемещения производит сложение или вычитание импульсов и представляет информацию о перемещении в соответствующих дробных долях длин волн Л/2 п в виде цифрового кода.Направление перемещения анализируется в логическом блоке 6, который формирует сигнал "прямой " и "обратный ход" для реверсивного счетчика, Анализ направления производится по опережению или запаздыванию любых двух сигналов (3), поступающих в логический блок 6,На фиг.2 показана схема устройства, реализующая данный способ измерения перемещений при и = 2,Устройство работает следующим образом. Излучение монохроматического источника 1 разделяется на светоделительной грани куба 2 на два пучка - измерительный и опорный,Отразившись от измерительного 3 и опорного 4 отражателей, световые пучки совмещаются на светоделительной грани под углом а, задаваемым оптическим клином 5. Угол а выбирается равным углу дифракции световых волн на ультразвуке, После прохождения измерительного и опорного каналов интерферометра световые волны падают на акустооптический модулятор 6, в котором одни из световых потоков, например опорного канала, получает сдвиг оптической частоты на Й, а затем вместе с измерительным потоком подается на фотоприемное устройство 10, где на частоте модуляции выделяется электрический сигналОф(т) = Огпсоз(Яэла+ К ЛХ), (4) Генератор 7 стабильной частоты вырабатывает электрические сигналы опорной частоты Я, Прямой и инверсный выходы генератора 7 связаны с входами делителей 8 частоты на два. В результате на выходах делителей 8 сигналы описываются выражениямиОсоз + О)псов(Я т),Озгп = Огпсоз(СЬс+ л/2) = Огпзп( Ь)т), (5) Один из сигналов (5) подается на излучатель 9 ультразвуковых волн, создающий в акустооптическом модуляторе бегущие звукрвые волны.Сигналы (5), сдвинутые на л/2 по фазе, подаются на входы балансных смесителей 11, на вторые входы которых подается сигнал (4) с фотоприемника. С выходов балансных смесителей сигналы, сдвинутые по фазе на л/2, на нулевой частоте подаются через формирователи 12 в виде квадратурных сигналов на вход устройства 13 цифровой индикации К 524, представляющего информацию о перемещении объекта с дискретностью /4 в цифровом виде, За счетдвойного хода луча дискретность отсчета перемещений составляет А/8,Таким образом, применение оптического гетеродинирования для получения измерительного электрического сигнала и последующая автоматическая интерполяция фазового сдвига электрического сигнала относительно сигнала модуляции путем формирования синхронных электрических сигналов, сдвинутых на к/и, позволяет повысить точность существующих лазерных измерительных устройств, упростить электрическую схему,Формула изобретения 1, Гетеродинный интерференционный способ измерения перемещения, заключающийся в том, что измеряемое перемещение преобразует с помощью оптико-электронного интерференционного преобразователя с применением гармонической модуляции в и интерференционных сигналов, сдвинуты на й/2 по фазе, формируют из и интерференционных сигналов 2 н импульсов на каждый порядок интерференции, которые используют для оценки перемещения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, из сигнала гармонической модуляции получают п синхронных сигналов, сдвинутых на л/и по фазе, исходныйэлектрический сигнал перемножают с и син 5 хронными сигналами, а полученные в результате умножения и электрическихсигналов используют для формирования 2 пимпульсов на каждый порядок интерференции,10 2. Устройство для гетеродинного интерференционного измерения перемещения,содержащее оптически связанные лазер,светоделительный кубик,опорный и измерительный отражатель, модулятор, фото 15 приемник, электрически связанный суправляющим входом модулятора генератор сигналов, а с выходом фотоприемника -формирователи с блоком цифровой индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно20 снабжено двумя делителями частоты, одиниз которых включен между выходом генератора сигналов и управляющим входом модулятора, двумя балансными смесителями,включенными между выходом фотоприем 25 ника и блоком цифровой индикации, а входыэтих смесителей связаны с выходами делителей частоты.1763882 Составитель Г,Бельскаядактор Н,Яковлев Техред М,Моргентал кар оррект КНТ СС, ул.Гагарина, 10 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Уж Заказ 3449 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5