Способ интерполирования интерференционных сигналов

ТЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНведомство сссРгоспАтент сссР(71) Институт электроники Ан БССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1033867, кл, 6 01 В 21/00, 1987Зилитинкевич И; СИнтерполяция от. счета в пределах периода аналого-цифрово. го преобразователя накопительного типа,Известия высших учебных заведений; При боростроение, 1969,.Ь 8, с. 21-24,54) СПОСОБ ИНТЕРПОЛИРОВАНИЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ СИГНАЛОВ(57) Изобретение относится к измерительнойтехнике. Целью изобретения являетсяповышение точности интерполирования засчет исключения операции многократноговыпрямления раэностного сигнала с исключением его постоянного уровня, что становится возможным в результате оптическогоинтерполирования периода исходньх интерференционных сигналов осуществляемого путем интерференции двух 2вспомогательных световых пучков с оптической разностью хода, периодически изменяемой в соответствии с полупериодом интерполируемых сигналов на величину, пропорциональную требуемой доле порядка интерференции, с последующей обработкой двух сдвинутых по фазе на П/2 сигналов, полученных в результате фотоэлектрического преобразования вспомогательной интерференционной картины, Оптическое интерполирование осуществляется с помощью интерферометра 2 Майкельсона, на светоделителе 3 которого интерферируют световые пучки, отраженные от плоских зеркал 4 и 5, из которых одно неподвижно, а другое закреплено на пьезоприводе 6, на который поступают предварительно усиленные интерполируемые у) интерференционные сигналы. Фотоприемники 11 и 12 преобразуют падающие на них от светоделителя 7 потоки в две последова- я тельности сигналов, сдвинутые по фазе на П/2, Сдвиг фаз обеспечивается выбором положения диафрагмы 8 и 9, 3 ил.аввй СОИзобретение относится к измеритель- случая, представленного на фиг,.1, и Адля ной технике; в частностик интерполирова-. представленного на Фиг, 2 случая) до нуля нию интерференционных сигналов прийри т=Т, В момент времени 1=Т/2 происхоизмерении линейных перемещений и углов, дит переворот фазы сигналов 02 и ОЗ на,Целью изобретения является повыше,480, Это объясняется изменением направние точности интерполирования за счет ис-ления вектора оптической разности хода на ключения операции многократного противоположное. Поэтомусигналы 02 иОЗ выпрямления разностного сигнала с искЛю- вдиапазоне Т/2, Т 3 являются зеркальными чением его постоянного уровня, . отображениями соответственно сигналовНа фиг, 1 и 2 представлены временные "О 02 и 03 в диапазоне О, Т/2) относительно диаграммы сигналов, формируемых при не- . прямой линии, проходящей через точку которых операциях способа, для двух рэз- . т Т 2 перпендикулярно оси т. При т"Т снова личных долей порядка интерференции (бпроисходит переворот Фазы сигналов 02 и для диаграмм на Фиг, 1 и бдля диаграмм 03 на 180, вызванный повторным изменена фиг. 2); на Фиг. 3 представлена блок-схе нием направления вектора разности ходе на ма устройства, реализующего способ, первоначальное направление, То есть в моУстройствосодержит источник 1 коге- мент времени 1-Т возникает вторая линия рентного света; интерферометр 2 Майкель- зеркальной симметриипричем относитвльсона. включающий в себя светоделители 3, но нее зеркальные сигналы 02 и ОЗдля 1=0, 7 и зеркала 4, 5, пьезопривод 6 и точечные 2 О Т) с соответствующими сигналами 02 и 03. диафрагмы 8, 9; усилитель 16; Фотоприемни- для 1 Т, 2 Т 1, Таким образом; операции форки 11, 12; схемы 13 и 14 автоматической мирования двух сдвинутых по фазе на ж 2 регулировки усиления; схемы 15 и 16 вы- сигналов при периодически изменяющейся прямления; дифференцирующий усилитель разности хода дает две последовательносм 17 и индикатор 18 нуля. 2 Б сигналов О 2 и 03, каждая из которых предПредлагаемый способ осуществляют стаеляет собой последовательность цугов следующей совокупностью операций.гармонических сигналов с длительностьюОсуществляют интерференциюдвух ко- цуга Т/2, имеющи в точках рТ/2 (где р - герентных световых пучков с длиной волны любое целое положительное число) сдва А При атом разность хода интерфврирую- Зб Фазы относительно соседних цугов гармощих вспомогательных пучков периодически нических сигналов на 180;изменяют. Величина периоде измерения Выпрямляют полученные сигналы 02 и разности хода равна минкине парюда Т 03 (соответственно сигналы 04 и 05 на Фиг. исходных интерферанциоиных сигналов 01 1 и 2),(фиг. 1 и 2)Саму разность хода при этом 36 Вычитают полученные сигналы 04 и 06 изменяют в диапазоне О- Х к/4, где один из другого, получая при этом разност-1,2,3,4, и зависит от требуемой ееличи- ный треугольный сигнал 06. Период аигнаны д доли порядка интерФеренции. лов 06 после выполнения этик операций в кФормирует два сдвинутык по фазе на раз меньше периода Т гармонических сигж/2 сигнала 02 и ОЗ вследствие фотозлект о налов, характеризующих порядок интерферического преобразования полученной по- ренции.сле первой операции интерференционной Квэнтуют полученные сигнала 06 по картины. Допустим, что при максимальном уровням (на фиг, 1 и 2 показан лищь один значении напряжения исходного гармони- уровень квантования, равный нулю), ческого интерференционного сигнала (1-0 45 Формируют по результату предыдущей на временных диаграммах Фиг, 1 и 2) раз- операции последовательность 07 прямо- ность хода интерферирующих вспомога- угольных импульсов, период следования тельных световых пучков равна нулю. В которых характеризует долю б порядка интечение времени, равного половине перио- терференнии. Период импульсов 07 в обда Т интерференционных сигналов 01, раз щем случае а 2 М -раз (в - число уровней ность хода увеличивают от нуля до ЗА/4 для квантования) меньше периода Т исходных случая, представленного на Фиг. 1; идоАдля интерференционных сигналов 01, поэтому случаяпредставленного на Фиг, 2. Форми- доля порядка интерференции определяется руемые при этом сигналы 02 и 03 являются по Формулегармоническими на указанном отрезке вре дМщ,мани. С момента т=Т/2.разность хода интер- Величина М определяется максимальной веферирующих вспомогательных пучков личинойпериодически изменяющейся, начинает уменьшаться от своего макси- разности хода интерФерирующих вспомогамального значения Ас/4 равного 3 А /4 для тельных световых пучков по ФормулекО А,Таким образом, дискретно изменяя величину 1. периодически изменяющийся разности хода интерферирующих вспомогательных пучков, можно в широких пределах варьировать получаемую долю порядка интерференции, Кратность интерполирования предложенного способа определяется рядом 2 Ка, где 1=1, 2, 3 То есть она превышает кратность интерполирования способа-прототипа. Так как в предложенном способе устранена необходимость многократного вцпрямления разностного электрического сигнала с исключением его постоянного уровня, точность интерполирования по предложенному способу и ревышает точность способа-прототипа и постоянна для любых получаемых с его помощью значений доли порядка интерференции.Реализующее предложенный способ устройство работает следующим образом,На светоделителе 3 интерферометра 2 осуществляется интерференция двух световых пучков, отраженных от плоских зеркал 4 и 5. Зеркало 4 закреплено неподвижно, а зеркало 5 - на пьеэоприводе б, перемещающем его параллельно направлению подающего нв него светового пучка, На пьезопривод поступают усиленные с помощью усилителя 10 интерференционные сигналы,период Т которых необходимо интерполировать. Таким образом, интерференция указанных пучков осуществляется с периодически изменяющейся разностью хода интерферирующих лучей, максимальная величина . которой равна удвоенной амплитуде колебаний пьезопривода 6,Фотоприемники 11 и 12 осуществляют фотоэлектрическое преобразование падающих на них интерференционных потоков, направляемых светоделителем 7, в две последовательности сигналов 02 и 03 (см, фиг.1 и 2). Сдвиг фазы одной последовательности на 3 Ч 2 относительно другой последовательности осуществляется выбором положений диафрагм 8 и 9 на сечениях соответствующих инте рференционных картин.Выходиые сигналы фотоприемников 11 и 12 выравниваются по амплитуде с по,мощью схем 14 и 13 автоматической регулировки усиления. Полученные сигналы выпрямляют при помощи схем 16 и 15 выпрямления, Выпрямленные сигналы вычитают дифференциальным усилителем 17,. с выхода которого получают разностный треугольный сигнал с нулевым постоянным уровнем. При пересечении этим сигналом нулевого уровня индикатор 18 нуля формируеткороткие прямоугольные импульсы (диаграммы 07 на фиг, 1 и 2), период следования5 которых в 21 раз меньше периода Т исходных интерполируемых сигналов (предложенное устройство реализует лишь одинуровень квантования раэностного треугольного сигнала по уровням, Для достижения10 большего количества уровней квантованияможно использовать известный блок квантования. Величинаопределяется амплитудой колебаний пьезопривода 6, которая всвою очередь зависит от величины коэффи 15 циента усиления усилителя 10,.Изменяя величину этого коэффициента усиления,можно изменять амплитуду колебаний пьезопривода б, т,е, максимальную разностьхода интерферирующих лучей, и следова 20 тельно, величину доли порядка интерференции (коэффициент интерполяции периодаисходных интерференционных сигналов).При этом необходимо отметитьчто для правильной работы устройства необходимо25 иметь максимум или минимум интерференции вспомогательных световых пучков в одном иэ крайних положений зеркала 5,укрепленного на пьезоприводе б. Для того,чтобы это условие выполнялось при различ 30 ных амплитудах колебаний пьеэопривода,его положение относительно светоделителя3 регулируется с помощью микрометрического винта, не показанного на фиг. 3.Формула изобретения35 Способ интерполирования интерференционных сигналов, заключающийся в формировании двух сдвинутых по фазе на л(2сигналов, выпрямлении их, вычитания одного выпрямленного сигнала из другого, кван 40 тования полученного сигнала по уровням,формировании по результатам квантованияпоследовательности прямоугольных импульсов и определении доли порядка интерференции, отлича ю щийся тем, что, с45 целью повышения точности интерполирования за счет исключения операции многократного выпрямления разностногосигналас исключением его постоянного уровня, дляформирования сдвинутых по фазе сигналов50 используют результат фотопреобразованияинтерференционной картины от двух вспомогательных световых пучков длиной волны, Яоптическую.разность хода которых периодически измеряют от нуля до значениями К/4,.55 где К=1, 2. 3 в соответствии с полуперйодом интерполируемых сигналов, а долю порядка интерФеренции определяют поформуле б=2 пй, где е - число уровней кван-:тования,1809301 Составитель Ю.ЬурТехред М,Моргента КорректорТ,Вашкович едактор Т.Пигина Заказ 1279 Тираж .Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям и 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Т СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгор Гагарина, 1