Описание изобретения

юатентнс-.хическщ,ОП ИСАН И ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 40845 Союз Советских Социалистических Республик-28) осударственный комитетСовета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий иковано 10.Х 1.1973. Бюллетень47.715 (088,8) ата опубликования описания 18,17.19 Автор зобретен В. И. Телешевский осковский станкоинструментальный институтаявитель ТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ЛИНЕЙНЫХ И УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способам построения фотоэлектрических интерферометров, предназначенных для измерения величины линейных и угловых перемещений подвижных органов прецизионных металлорежущих станков, измерительных приборов и машин, систем и устройств автоматического управления.Известен интерференционный способ измерения величины линейных и угловых перемещений, заключающийся в том, что монохроматическое излучение преобразовывают оптико-акустическим узлом в два когорентных монохроматических потока, связывают оптический узел с измеряемым объектом и по интерференции потоков судят о результатах контроля.Однако точность измерения известным способом недостаточна из-за нестабильности соотношения параметров каналов.Целью изобретения является повышение точности измерения,Для этого монохроматическое излучение направляют,на ультразвуковой светомодулятор, один из потоков после светомодулятора направляют на фотоприемник, а другой через полупрозрачное зеркало - на отражающий элемент и фотоприемник.Таким образом, в предлагаемом способе используется один одночастотный стабилизированныи лазер, Это позволяет получить исходную оптическую частоту с предельно достижимой стабильностью. Формирование интерферирующих пучков с различными оптическими ча стотами осуществляется посредством дифракции излучения лазера на акусто-оптическом модуляторе, расположенном вне резонатора лазера, Акусто-оптический модулятор представляет собой оптически прозрачное тело, на- О пример, из фотоупругого кристалла (плавленого кварца, ниобата линия и других), в котором возбуждается бегущая ультразвуковая волна, В,результате дифракции света на ультразвуке на выходе акусто-оптического моду лятора возникают дифрагированные световыепучки - порядки дифракционного спектра, оптические частоты которых отличаются от частоты прямого недифрагированного пучка на величину, кратную частоте ультразвуковой О волны.На фиг. 1 представлена схема, поясняющаядифракцию света на ультразвуке; на фиг; 2 - одноканальная схема осуществления интерференционного способа измерения величины пе ремещений; на фиг. 3 - .то же, двухканальная схема.Сущность предлагаемого способа:заключается в следующемПри освещении бегущей ультразвуковой ЗО волны, распространяющейся в упругой про.зрачной среде, параллельным пучком моно- хроматического светового потока, возникает явление дифракции, схематически представленное на фиг. 1.Световая волнаЕ=Е ед"о где Ео - амплитуда,- частота, в виде параллельного пучка 1 апертуры У. освещает бегущую гармоническую ультразвуковую волну 2 частотой , распространяющуюся в оптически прозрачной упругой среде по оси У. В результате фазовой модуляции световой волны на вариациях показателя преломления среды, вызываемых упругой волной 2, на выходе нв нее возникает несколько параллельных световых пучков, распространяющихся под различными углами к первоначальному направлению света (оси Х). Эти пучки являются порядками спектра дифракции света на ультразвуке. Учитывая, что ннтенсивность ультразвуковой волны достаточно мала, можно ограничиться нулевым плюс-минус первым порядками, Нулевой порядок сохраняет первоначальное направление пучка 1, пучки плюс первого и минус первого порядков направлены пад угламиХр =+ - и к оси Х соответственно, где Х - длина световой волны, Л - длина ультразвуковой волны.Один из дифракционных порядков используется в качестве сигнального пучка интерфеуоме%ра, оптическая длина его пути изменяется в соответствии с контролируемым перемецением, а другой - в качестве опорного пучка, щтическая длина пути которого неиз.Медыа, В качестве интерферирующих можно .вцбиуать любую пару пучков из дифракционНого спектра. При этом за сигнальный предпочтительнее принимать пучок, обладающий наибольшей интенсивностью, т. е. нулевого порядка.На фиг, 2 и фиг. 3 представлены различные варианты осуществления способа, Фиг. 2 илдюстрирует одноканальный вариант осуществления способа, при .котором интерферируют нувии нулевого и +1 порядков. Источник света - стабилизированный лазер 1 освещает акустический модулятор, в котором расщюстрацяется бегущая ультразвуковая волна. Волна возбуждается в модуляторе 2 пьезоизлучателем 3 от электронного генератора 4 и поглощается поглотителем 5, Если освещающий яучок б наклонен к фронту ультразву 1кйьой волны под углом , = -- и выпол 2 Лнмтся условие 1- , то вследствие такХназываемой брэгговской дифракции света на ультразвуке и дифракционном спектре со,держатся только пучки нулевого и плюс первого Порядка. Нулевой порядок, являясь сиг 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 нальным пучком 7, проходит через полупро. зрачное зеркало 8 и направляется на подвижный отражатель 9, перемещающийся в про. цессе измерения, Отразившись от отражателя 9 сигнальный пучок 7 возвращается назад после отражения от зеркала 8, падает на приемную поверхность фотоприемника 10. Плюс первый дифракционный порядок, представляющий собой опорный пучок 11, на поверхности фотоприемника 10 интерферирует с сигнальным. Сигнал с фотоприемника 10 поступает на вход усилителя 12.Измерение фазы сигнала, пропорциональной перемещению подвижного зеркала 9, и счет числа фазовых циклов, соответствующих изменению фазы на 180, осуществляется известными фазометрическими способами, Опорным электрическим сигналом при измерении фазы сигнала может служить сигнал с выхода тенератора 4 ультразвуковых колебаний,Для случая, когда спектр дифракции света на ультразвуке симметричен, имеются как положительные, так и отрицательные дифракционные порядки, реализуется двухканальная схема осуществления способа (фиг. 3). Такой случай имеет, место при рамановской дифракции света на ультразвуке, когда освещающий пучок направлен строго нормально к направлению бегущей ультразвуковой волны и1(: На фиг. 3 позиции с 1 по 12 полностью повторяют элементы, указанные на фиг. 2. Как и в предыдущем случае, сигнальным пучком 7 является пучок нулевого порядка, который разделяется на полупрозрачном зеркале 8. Часть пучка 7, прошедшая через зеркало 8, направляется на подвижное зеркало 9 и, отразившись от него, а затем от зеркала 8, попадает на фотоприемник 10, где интерферирует с пучком плюс первого порядка дифракции. Последний является опорным пучком 11 и его интерференция с сигнальным пучком 7 позволяет выделить измерительный сигнал описанным выше образом.Наличие, минус первого порядка в спектре дифракции, оптическая частота которого равна ( - Д, т, е, сдвинута тоже на .величину ультразвуковой частоты, позволяет. получить опорный сигнал также фотоэлектрическим путем. Это достигается тем, что часть пучка нулевого порядка, отраженная от полупрозрачного зеркала 8, интерферирует с минус первым дифракционным порядком - пучком 13 на фотоприемнике 14. Так как разность оптических частот интерферирующих пучков равна , то на выходе избирательного усилителя 15, настроенного на эту частоту, выделяется опорный гармонический сигнал.Измерение фазы сигнала, пропорциональной перемещению, осуществляется известными фазометрическими способами посредством сравнения его с опорным сигналом,408145 фиг 7 Предмет изобретения Интерференционный способ измерения величины линейных и угловых перекрещений, заключающийся в том, что монохроматическое излучение преобразовывают оптико-акустическим узлом в когерентные монохроматические потоки различной частоты, один из которых направляют на подвижный отражательный элемент оптического узла, который связывают с перемещающимся объектом, и по соотношегпю фпз сп;нплов, выделенных в поле интерференции когерентных потоков, судят о результатах измерения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, 5 мопохроматическое излучение направляют наультразвуковой светомодулятор, один из потоков после светомодулятора - на фотоприемник, а другой через полупрозрачное зеркало - на отражающий элеменг и фотопрпсм ник.408145 Составитель А. Духанинехред А. Камышникова Корректор М. Лейзерман инчук акт гказ 867/4 ПодписноеСССР ипография, пр. Сапунова,Изд,289 ПИ Государственного комитета по делам изобретений и Москва, Ж.35, Раушская