Интерференционное устройство для измерения перемещений

Союз СоветсникСфциапистмчвсникРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ои 911142(23) ПриоритетС 01 В 11/00 1 ваударетеенаык квинтет ССФР ао даяаи нэебретеннй н втернтнв(53) УДК 531.715.1 (088,8) Дата опубликования описания 07.03.82 1С.Д. Рыжков, ВИ,Гуляев, Л.А. Чуча и. Л;Н. ЛободановЦентральная ордена Трудового Креечето-Знамени фгенетичеСкая лаборатория им. И.В. Мичурина(51) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения величины малых перемещений, которое может быть.использовано при проведении научных исследований, например при изучении реакции биологических объектов на воздействие различных физико-химических раздражителей. Известно устройство для измерения перемещений, построенное по схеме интерферометра Майкельсона, и содержащее источник монохроматического излучения,.светоделитель, два отражателя в виде плоских зеркал, один из которых скрепляется с измеряемым объектом, а второй установлен неподвижно, и фотоэлектрический блок регистрации интерференционной картины 1 1 1.Недостатком известного. устройства является низкая точность измерений, обусловленная его высокой чувствительностью к внешним дестабилизирующим факторам: вибрации, температурные градиенты и др.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и решаемой задаче является интерференционное устройство для измерения перемещений, содержащее основание, оптически связанные источник монохроматического излучения, светорасщепитель, первый отражатель, скрепляемый с измеряемым объектом, размещаемым на основании, и первый фотоприемник, образующие из" мерительный канал, второй отражатель, установленный на основании, и второй фотоприемник, образующие компенса" ционный канал, третий отражатель, оптический элемент, электромеханический преобразователь, подклю 4 енный к выходу второгофотоприемника, и блок регистрации, связанный с выхо 1 дом первого фотоприемника2 .Недостатком известного устройства является сравнительно низкая точность измерений, обусловленная тем, что хо-,1142 51015 тя оно и позволяет скомпенсироватьизменение оптической длины пути лу-чей в измерительном канале, вызываемое неконтролируемыми поступательными смещениями оптических элементовустройства и изменением температурыокружающей среды, но не в состояниикомпенсировать случайные угловые сме"щения оптических элементов устройства и составляющую температурного гра 1 диента в направлении, перпендикулярном измерительному каналу.Цель изобретения - повышениеточности измерений,Указанная цель достигается тем,что устройство снабжено платформойи установленным на нем плоским зеркалом, расположенным в ходе лучейот источника под углом к его оптической оси, третий отражатель установлен на основании между первым ивторым отражателями, а светорасщепитель ориентирован отражающейгранью параллельно плоскому зеркалу и установлен на платформе, выполненной с возможностью поворотавокруг оси, параллельной зеркалуи перпендикулярной оптической осиисточника, и скрепленной с электромеханическим преобразователем.На чертеже показана принципиальная схема одного из возможных вариантов интерференционного устройства для измерения перемещений.Устройство содержит источникмонохроматического излучения, платФорму 2 и установленные на ней плоское зеркало 3 и светорасщепительпервый отражатель 5, основание 6 иустановленный на нем второй отражатель 7, третий отражатель 8, оптический элемент 9, первый фотоприемник 10 и связанный с его выходомблок 11 регистрации, второй Фотоприемник 12 и подключенный к его выходу электромеханический преобразователь 13. Отражатель 5, скрепляемый с измеряемым объектом 14, размещаемым на.основании 6, и фотоприемник 10 образуют измерительный канал. Отражатель 7 и фотоприемник 12 образуют рабочий канал. Отражатель 8 установлен на основании 6 между отражателем 5 измерительного канала и отражателем 7 рабочего канала,Светорасщепитель 4 выполнен в виде плоскопараллельной пластины,20 25 30 35 40 45 5 О 55 4на одну из граней которой нанесено отражающее покрытие, и ориентирован параллельно зеркалу 3, расположенному в ходе луцей от источника 1.ПлатФорма 2 выполнена с возможностью поворота вокруг оси, параллельной зеркалу 3 и перпендикулярной оптической оси источника 1, и скреплена с электромеханическим преобразователем 13, Оптический элемент 9 имеет две отражающие грани, обеспецивающие прохождение лучей в измерительном и компенсационном каналах на фотоприемники 10 и 12 соответственно. Устройство работает следующимобразом,Зеркало 3 направляет пучок излучения источника 1 в светорасщепителькоторый делит их на три параллельных друг другу пучка. Каждый изпучков падает соответственно на одиниз отражателей 5, 7 и 8, которые направляют их обратно в светорасщепитель 4. Светорасщепитель 4 объединяет попарно пучки лучей, поступающие от отражателей 5, 8 и 7, 8 с образованием двух интерференционныхкартин, а зеркало 3 и оптическийэлемент 9 направляют их на фотоприемники 10 и 12 соответственно.Поступательное смещение отражателя 5, обусловленное воздействиемизмеряемого объекта 14,изменяет разность хода интерферирующих пучковв измерительном канале, цто вызывает перемещение полос интерференционной картины на чувствительнойплощадке фотоприемника 10, а следовательно появление на его выходеэлектрического сигнала, пропорционального смещению отражателя 5, ификсируемого блоком 11.Изменение разности хода интерферирующих пучков в компенсационном канале, обусловленное воздействием дестабилизирующих факторов,вызывает перемещение полос интерференционной картины на чувствительной площадке фотоприемника 12,а следовательно появление на его выходе электрического сигнала рассогласования. Сигнал рассогласованияприводит е действие электромеханический преобразователь 13, которыйразворачивает плат 1 юрму 2 с установленными на ней зеркалом 3.исветорасщепителем 4 в положение,обеспечивающее уменьшение сигнала91112 6новании 6 между отражателями 5 и 7 позволяет повысить точность измере" ний за счет компенсации влияния дестабилизирующих факторов. рассогласования до нуля, компенсируя тем самым разность хода интер-,ферирующих пучков, вызванную воздействием дестабилизирующих Факторов. 5Поворот платформы 2 изменяетразность хода интерферирующих пучковв измерительном и компенсационномканалах в противо,оложных направлениях на одинаковую величину, в связи 1 ос чем неконтролируемые угловые смещения оптических элемейтов устройства и составляющая температурногоградиента в направлении перпендикулярном измерительному каналуприводящие к равным по величине, нопротивоположным по направлению изменениям разности хода в измерительном и компенсационном каналах, компенсируются. 20Поступательные неконтролируемыеперемещения оптических элементовустройства и общие изменения температуры окружающей среды не вызываютпоявления дополнительной разности 25.Фаз в измерительном и компенсационном каналах, и следовательно, нетребуют компенсации.Для устранения влияния на точность измерений изменений интенсив- звности источника 1 излучения каждый. из фотоприемников 10 и 12 целесообразно выполнять в виде двух парных. Фотодатчиков, включенных по баланснойсхеме с установленными перед нимищелевыми диафрагмами, а отражатель8 выполнять со ступенькой Ю, гдеА - длина волны используемого излучения,Для повышения чувствительности из-омерений отражатель 5 может быть выполнен по схеме Рентча, уголковыйотражатель которой, скрепляемый сконтролируемым объектом, связан срь 1 цагом, сбалансированным относитель-но точки его опоры.Снабжение известного устройстваплоским зеркалом 3, установленным наплатформе 2, скрепленной с электромеханическим преобразователем 13, атакже размещение отражателя 8 на осформула изобретения Интерференционное устройство дляизмерения перемещений, содержащееоснование, оптически связанные источ.ник монохроматического излучения и.светорасщепитель, первый отражатель,скрепляемый с измеряемым объектом,размещаемым на основании, и первыйФотоприемник, образующие измерительный канал, второй отражатель, установленный на основании, и второйфотоприемник, образующие компенсационный канал, третий отражатель,оптический элемент, электромеханичес,кий преобразователь, подключенный квыходу второго фотоприемника,и блокрегистрации, связанный с выходомпервого Фотоприемника, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности измерений,оноснабжено платформой и установленнымна ней плоским зеркалом, расположенным в ходе лучей от источникапод углом к его оптической оси, третий отражатель установлен на основании между первым и вторым отражателями, а светорасщепитель ориен"тирован отражающей гранью параллельно плоскому зеркалу и установленна платформе, выполненной с возможностью поворота вокруг оси, па/раллельной зеркалу и перпендикулярной оптической оси источника, искрепленной с электромеханическимпреобразователем.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Крылов К.И., Прокопенко В.Т.,Иитрофанов А.С. Применение лазеровв -машиностроении и приборостроении.й., "Иашиностроение", 1978, с. 238.2. Авторское свидетельство СССРГ 679789, кл. С 01 В 11/00, 17.02,78911142 оставитель О,ехред А.Бабине ин Коррек Редактор Н. Рогули Коста ф Заказ 1095/21е е еевФилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,1 Тираж 614 Подл8 НИИПИ Государственного комитетпо делам изобретений и откры 13035, Москва1-35, Раушская наб НОСГйд