Лазерный измеритель перемещений

)ДК )31 133088 8) Дата опубликованя описания 28.111.1974. ).вто; 1,изобрстсия В. 31. (Оронкеви 1, 3" 11. 1 ирьянов, 1;. Ф, 1 листорин, Г. Л)С 1)кова, А и 1103,.2 гов р /31 1 Ч )Деопачеко И)ститут авто)матики и электрометрии Заяв)тель Ллд Р 1.1 ЫД 11 Рв 1 БРИ " ),Д1-1 РЩг 111,1 Д у в ввгп го Известны лазерные измер)пели пере.".е;сий, состоящие из последователь:о сос;131:1 С;встабилиз;1;)Огли:с О лазе;)л, дву.;л; 1 СВО- го иптсрфсромстрл, фотоэгСктри еского блока, блока дпс 1 ри.12 торов с логическим усг гтройс; Во. Олок,3 ооработки, п)сооразм 10 цего число иптсрфсрсцццопиык полос и в ли: ину ПЕРСМСЩС 1151, И РС 3 СРСИВНОГО СЧСЧИК 2, фЦКСИ- р 5, ю 1 цего рсз,т;ьта," измсрсция.Г)рсдлагасмы 1 Измеритель отличается оизвсст)ы.; тем. Ито, с целью повьисия тсчности и иа. Сж;Ос)и, в пего введен .;Олодиь Й КЛТОД, Р 2 С 0.ОИСН.-И КОЛС 3 Л ЬПО С 2 КТ 1 В ИЫМ ЭЛСМСНТОМ Г 2 ЗЕР 3, З 2 ЩИТ)1 ЫС СТЕКЛ 2 10. ТОРОГО, ОПРСТСЛ 5110 ЩПС П.10 СКОСТЬ ПОЛЯРИЗЛ- ции, ориентированы под углом Брюстера к рсор Олока ОлП 1)Эзра 1 ных и.асти:1 и;тсрфсро)стра, причс 1 ГОс,с,3 нсе распо,0)испо В ОднОЙ т 1 лоскости с рсбром троЙноГО Отра)кателя иптсрфсромстра. Для при., сс:1 ия лазера с волпам 1. ра.линых длин В О:10 к Обраоотки информ)1 П 3,31 Вводе) шифратор коэс 11;циснта пс .Ссчста, со- СДИНСИИЫИ СРСЗ С .СМ ЛОГИССК 1; ЭЛС.СТОВ со вкодом рсьспсивного счетчика и вкодом счетчика и)и) льсов Олока д;Ским 1;1 ато;)Ов.На фиг, 1 и обра)кса оптическая часть устройства, ца фи;. 2 - его электро:.ая Ч 2 СТЬ. 0 тпчсскля часть цзмсритс;151 содср)Ит л;1.зср 1, рсзо 12)3 ср которс о оорл )овлн сфсричсс 1,)м зсрклло)1 2 Гсок 1 м зсрк 3,10.33,3, 1)0- топрис.5 Пик 1, пов, рйгцьс зеркала 0 и 6, лфо кллмО С 1:стс)м , поворогн)10 пр 1,;)1 м 8. и.терфс;.)Омср13 1 от 01 ыЙ В 30 Д 5 Г т)Ооц отра;катсль 1,1 ц б.о цол:1)розрлч;Ыкллстин, состоя;и 1 Й И.3 11 лздслц ГСЗН 011 п,1;1 с 11 11: рсОмби 13 И 1 у 01 ц. Й ,асти 1" ил Г фрагмы 13 и 1-1, . 1)ото:рис миц 1 ) и 16.тгС 1:ТРОИНЛЯ ЧЛСГЬ УСГРОЙС 11 СОСТОИТ Ц 3ОГ 10 ка дискри)Ин 1 гор 013 с,1 ОГ 13 чСки) усрОЙ- ство 17, счстчцка 38 .1:у,цс:313, Груп 13,.10- Гическик сксм .11 1 3031 всскоЙ скс)115 "- 11".1 20, 11 фрлтс 1)2 21 и рсвсрсивОГОсчетчика 22.В основе рлооть, опис,3 лс)Ого ус 901 Сг)33ГС)1 ит 31 ЗВССТЧОС СООТНО 1 С) ЦЕ где 1. -- Искомая длил;п - порядок иц)срфсрс;ниц (число имТульсоз:12 )ь 1 код, фотоприсм: иков); г 5 и - покаглтсл. прслдмлсция срса 1, В котороЙ прсизГОП 3) С 51 из.1 срсцс;1 в; в - ЧЛИ:12 ПОЛИ В 131) у)1 С 1 С 10 ПИКЛзлчсиия.Д,1 Я ре 1,3.3)П 1. соо. ПОП 13 ци 51 (1),)Л 33 р)1;1 30 излсритель псрсмсЩСИ 1 вьОГ)иси таки) Об 31729(52разом, что длину Болны изл чения, изВестну 10 из прсдвари.слыых слнчсний с эталонным источ:н(0., 32 кгадыВают В нифрдтор 21 коЭф(1)ИЦИСПТВ ПСрССЧСТ 2 ЭсГстронгОЙ СлСМЫ.Ицтсрфсромстр 9 выдаст зцячснцс порядка ин Гср(1)срснцци 777, д Выходнос эгсегронное Мс) РоГТВО СО СС Г 1 КО:5 ПОЛОС Г 1 РОЦЗВО;ИТ обработку ц вычцслсцнс результата Б соотс соотгоццннсм 11) .ЗпасСПЕ ПоказдтЕЛЯ ПрСЛОМЛЕцця СрсдЫ, В 10 КогорОЙ 3 ЭОНс.лОД 1 Т ИЗ)ГрСИИС СцдцрМС 3, воздул:а), вводят нспосредствешо в значенце длцны ВОГИ 1 ь пмтГ)1 цзмсн(.нц 51 цосгсдннх р 23 р 5 дОБ к В 1 цфртоэс 21.Величину 7 можно вычнслцп, по известным 15 дцспсрсионным формулам, зная параметры СРСДЫ, НДНРЦ.1 ГР ДДВГГЦЦС, ТГ:(ПСРс 3"УРУ, ВГажцОСТЬ, СОДСР)Кс 1 ННС УГЛССНСГОТЬ И Т. П., и затем ввести в нцфрдтор вручную цли непосредственно от прибора, свтохс ис(Геи 20 ОПрСДС,15101 ЦСГО 7 г.ЛДЗ(Р ВЫПОЛНСН В ВЦДС ОПТНССЕОГО Гс 30.ного квантового генератора с холоьз кдто- ДОМ, Р 2 СПОЛО)КГННЫЗ 1 СОДКСИЯ:1 Ы 10 С ЯЕТИВ ым элементом возбу)сдсзсхь В 531405 сГе ля 10. кдп 31 ллярс. ХолодныЙ еятод сц 31 ждст тс)1 псрдтуру лдзсэ 2 и ПОЗВОл 51 ст нрибгцзить его к штсрфсромстру 9. Благодаря тому. что катод расположен коакснально относительно а ЕТИВНОГО Э,1 СМСНТ 2, Л 23 СЭ ОЖНО ПОБОЭсЧИ вать вокруг осн при одном и том же полоэкснии тГмп(ратуэнОГО по,я. Пэи пОВОрос из- МСНЯСТСЯ НЯПЭЯЗЛГНИС ПЛОСЕОС 1 И ПОЛ 5 РЦ:5;1 ЦИИ ИЗЛМЧСНН 51, ОПРСДГЛ 51 СМОС ПОЛО)КС 11 ГМ ЗЯЩНТ- ных стекол Ьрюстсрд. Прц этом плосеость 35 поляризации излучения лазера мо)кно свобод- НО СОБХС 1 Цс 1 ТЬ С ЛОООЙ ЦЛОС 1 СОСТЫО, 3 ДЯ 3 Г- мой элсмснтамц 1 тсрсромстр 3.Стд(31 г 5 знруот лдзср прн помощи цзвсстн е устройств. 401 злучснцс лдзсрд через поворотные зсрка- Л с 1 5) ц 6 Н с 1 Г 1 р д В Л я С Т С я В а ф О 3(2 Г Ь Н М Ю С С Тс Э с I5 ) (11 Ь 1(111153 ЭДСХО 1(СИ Ц 3 М(СНИ 51 И 31(.) 1 ГР(.3 3 ОВОЭОТНМ 0 Ц",31,) " Ь ПОСТМПсЕТ ц тсэфсромстр, состояннЙ и рд:31.лтель. 45 ОЙ 11 3 э(еомб 33) к;нГЙ 12 пл;стнн ц троного 0)яждтс.;я 10. Свс.т, 3 ОГГ) 20 ц Ь 1 цтсрф(рОЪетр, рс,дС,5 СТС 5 Пс 1 цгдсТН(1 ня дс половинь. Одна ИЗ ннх нднр 31315(.тс 51 В," р (711 у ,Э(Е(3; б 311 рк)11 с 1 Пг;3 СТ И 1312, с 50 Иэ,1 я пэохо:Ит Гс ГнГ 11 н цосес ОтрджсП 3151 От три 1 ГГО Отражясгя 10 1303 В)21 цаГтс 51 нд рееомоцнцруинцую п,дстицу. Вдссь Обд ЦУ 43 ГОЕДНН 5 К)1 Г 51 31 ООРДЗМ 10 ДВС ИНТСРфеэецн 10 нцыс ерпнь, еоторыс можно ц 20 лю Дс 1 ТЬ ЕсС В 01 РДИ(ГННО)1, Тс 1 Е И В НРХОД 51 ЕХ Ну 1(сХ; Оба НдОЛодяГМЫл цц ГГрфГр(НсИОН- л 075 ОСТ,цсОТ Нс Дцс 1 Ц)РдГ)ц 13 Ц 14, :3 к(0)133 р 1 сположс ны фотонр с)ннкц 1 1и 15, 60эдссхотр) нееоторыс особенности схемы.1 рс)е;Г всего, схема удобна тем, что излучение, отраженное От сс пластин и зеркал, не поступает обратно в лазер, чем доспгдстся с 1 Втоз 2 тичсс 1 саЯ Р 23 ВЯзк 2 )сзо 12 тОРд 7 дзсР 3 65 от вредных автоколлимаццо:ьх отражений, мсшаощих работе системы стабилцзаццц. Дс.чее, В СХГ:Е ОГСМТСТРМС реферстц р с)кдсгь, 5,5310 ц ц ЙГ 51 нс 31 рс.,с;ы.1 2 г(331 б- том дву;лучевого итсрфсро.стра мдй: сль- СОНОБСЕОГО ТИН 2.;71 О,12 ГТ ВО 3)0)Е ПОСТ ПЭО сты няелонох 0,0 д п,асцн 9 3 10 вокр) Г оси, ле)1;ащГЙ В п.осеостц Ч)Г. 1, ног) ч Гь полосы равной толщшы в поле интерферен(1 О с (0 с ть дсд ф Р с 1)1 3 ц 1 1 ) . Ш 3Р и н 1 ЭТНЕ ПО,1 ОС 32)ИСИТ ОТ Г,1 Д Цс 11(;оцс. 31 ООЫ 1- НО 12 ДПЕРТУРС В с 1С 12 цс(37 Н 3)Г(1 ОТ ДБС - Трц ПОЛОСЫ. 1 ТООЫ ПОРс 11 ТЬ СдБИГ )С;Е;1 СИ. СТГЪ 2 М 1 ПОЛОС,;1 НфЭс 11 МЬ С.1 ВИГДОТ 0 ГНОСН- телы 0 соответству 0 цих Гочсе пог 3 сй н 1 ч(.твсрть полосы,хо 1 раст ццтсрфсрсшисшного поля в цнтсрфсромстрс 9 зявнсит от еоэффццнснтов 01 Эс 1 ЖСИя ОЛОКс рдзд(Г 5101 цИХ И рГЕО.бИНИ- рМ 0 цХ П;сз от 3, СООТБЕТСТ)СНо 11 И 12 О 3 э(.дслястс 51 Он 13 ОснОВНОм цо.1 Ожснисм ПЛОСКОСТИ ПОЛ 51 рцзс 1 цИИ ЛВЗС)с 1. Рсбро ОЛОЕ 2 пластин 11 н 12 и одно из ребер тройного Отражателя 10 совмещают Б 01 ИГи и;1 ссеости, псрпсн(иц 75 рно плосеостц фиГ. 1. Слсд ребра тронного отражатсл 51 10 показан ца черте)кс сплоншой линией.Положение запипых окон лдзсрд под углом Врюстсра к оси лазера и одповрсхсно к ребру пластин 9 и 10 позволяет опт)2.1 ьПО цснольЗОВ 2 ь пол 51 р 3 Зяц 1 онныс сВОЙства оптической схемы цнтсрферомстра. При орцс ц та ц и и В с ет О р 2 Г 1 О л 5 р и 3 1 ц ц ц и с р и с н д 3с ус я р- ИО плОскОсти фиГ. 1 Дл 51 ПО.1 чсц 3151 еоэф(р ГНТОВ ОТРВЖСНИЯ Н ПЭОНМСЕ 21 ЦЯ, РсВНЫХ 5)0,О, достстосцо ОЛНОГО С,оя дЭ:Г(трц-ЕСКОГО покэ 1 тня, ВО Вссх дрх Гих с,1 мчяяк эт 010 еоэффцциснта достиГ 2 от подборо.1 чис:с 3 СГОСВ, ПОЛОЖСНИГ ОТ)2 Жд ОН(Ил; ПоверХНОСТГ оптцчсскнх дсталсй соответствует макс:мдль- Ц О 7с Е 0 Э ф ф И ЦС 3 Т0 Т ) 2 Ж С Н Ц 51,1 Л 51 Н 3Ч С Н Ц Я Быор 2 нной поляэизацци тае е 21, Всетог) по. ляизациц вдоль всего хода Сус 3 перпснднЕХТ 5 РСН НЛОГЕОСЦ Нс 1 ДНИЯ, И РСОРО ТРОЙНОГО Отрд)едтсля .1 Сжцт В ОдцОЙ плосеОстн с рсо. Ро) О 03(с НОЛМЦРОЗР 3 ЫХ ПЛДСТЦН.ТсКМ ОбЭс 3(3, 3 ЦТГ)фс)0,ЕГР ПОЗВОЛЯ(.ТОЛ М с цЬ Н д3 Х(3 д( Н Э Н б О р 2 5313 Г С СТГ )Ы (01- трас)ньх ннтерферснциоиных полос. ОтсутС Т В 31 С Р (. ф С Р С 1 Т Н О 0 0 Т Р Д Ж Д Тел 5 с). с Н 1 Н 2 Е т влиянцс тем:сратур 0 о поля лазера и;о- ЗБОЛс 1 СТ ВЕ,ЮЧЦТЬ (10 1 СНОСРЕДСТВС 3110 В СХ(.му ицтсрфсромстрд.Си 1 алы с фотопрцсмнцков 15 ц 16 постундот нд ВхОд б.оеа 17 (Ц)иг. 2), с)ор)р 510- щсго последовательность импульсов, ццсрвал между которыми Соответствует перс)сщснию послсдусгОГО 001 сктд на ),/8. Этд посг 1 сдОВ 2- тельность цмпульсов поступаст на вход счетчика 18, который совместно с шифратором 21, грмппой логцчсскцх схем И 19 илн И,1 20 Ооравует б.ОК ОоряОТ(И, сМНОЖ 2 огццЙ общее число импульсов, поступающих на вход счетчика 18, нд коэффцциент пересчета Й, учитывающий вакуумное значение длиныволны, поправку на внешние условия и изменения параметров исследуемого объекта,Общее число импульсов УЕ, поступивших с блока 17, преобразуется в серию импульсов, общее число Л которых пропорционально 5 измеряемому перемещению в принятой системе счисления, в соответствии с выражениемйМ(2)10где Л - смость счетчика 18, Довлстворяющая точности измерения.Прсооразовяпнс числа импульсов Л в чпсЛО И.ПУЛЬСОВ, ОСЪЦССТВЛЯСТС 51 С ПОМОЩЬ 10Гр 1 ппь ЛОичсскх схем И 19, имп 1 льсцыс 15ВХОДЬ КОТОР ЫХ ПОДКЛ Ю СНЫ К СООТВСТСТВУ ЕО.щцм выходам разрядов счетчика 18, я иотсццпяльцыс входы - к потенциальным ВьЕходямшифратора 21 коэффициента пересчета Й.Выходные сигналы со схем И 19 через схсму ИЛИ 20 поступают в соответствии с выходЕы) снгн 1 ЛО:с 1 бло 1 а 17 ца Входы реверсивного счетчика 22,Из соотношения (1) видно, что точностьопределения псрсмсПения подвижного элсмента ицтсрфсромстра зависит от точностиизмерения порядка интерференции, длинволны в вакууме и точности определениявнешних условий.Постоянство вакуумной длины волны обеспсчивастся привязкой излучения к опрсдслсцпой рспсрной точке в спектре, в данном случае в провале Лэмба. Точность такоц привязки, опредсляемой методом измерения, равна 5 10 - . 35Гочность е 3 срсния порядка ццтсрфсрснции зависит от спосооа обраоотки поступающих импульсов. Г 1 рц выоранной цсц делениявыходного устройства она ле)кит в пределах1 10 - . 40Осцовцыс погрешности возникают при введении поправок ца измсцсцце внешних условий. Независимо от способа определения цввода в систему значений и можно считать,что погрешность в определении длины ца лазерных измерителях перемещений определяется соотношением ЛХ = (0,0003 1- д Е 10-б) мм, (3) где первый член обозначает выбранный шаг дискретности электронной схемы, д - постоянная, зависящая от внешних условий, 1. - измеряемая длина,В основном 7 определяется точностью измерения температуры, Поскольку в описываемом устройстве выбран лазер с холодным катодом, а гсометрпческая схема интерферомстра построена без рсферентного плеча, т. е. элемента интсрферомстра, на который в основном влияет тсмпсратурпое поле лазера, можно считать, что зцячсцпс е) в соотношении (3) удается уменьшить в дга раза по сравнению с с 1 щсств Ощцмп глстсмямц,Предмет изобретения1. 1 азсрцый измеритель перемещений, состоящий цз последовательно соединенных стабилизированного лазера, двухлучсвого интспфсро)стра, е)Отоэлсктриеского блоа, блока дискриминаторов с логическим устройством, блока обраооткц, преобразующего число итсрфсренциоцных полос в величину перемещения, и реверсивного счетчика, фиксирующего рсзультят измерения, отлчпю 1 ися тем, что, с целью повышения точности и надсжцсстц устройства, в лазер введен холодный катод, расположснньй коакспяльно с сго яктивньЕм элс)Ситом, а защитные стекла лазера, определяющие плоскость поляризации, ориентированы под углом БрОстера, к ребру блока полупрозрачных пластин нцтсрфсромстря, причем последнее расположено в одной плоскости с ребром тройного отражятсл 51 интс 1)фсрометря.. 11 змсрптсль цо и. 1, От.1 пю 11)гя тс)1, что, с целью прцмсцсцця лазера с волцямц раз,1111 ць 1 х длин, В б,1 Ок Ооря Ооткн пнч)Орме 1- ццц Введен шифратор коэффициента перес шта, соединенный через схему логических элементов со входом рсвсрсцвного счетчика и входом счетчика импульсов блока дискриминаторов.,2/ 11 в;. Ъ 2 110 Чара)в )1) Осда)01 всииод) ео)В 1 с 12 .,Овс 12 ) пиис по доги ииойрс)сиий и о)1:рьий 110011.ва/1 Ь, Ра , исе 11 иао., д, 1 о