Устройство для измерения параметров движения объекта

(1)М Кп 3 с присоединением заявки М 9 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения 1) Заявитель Минский. радиотехнический институ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ОРЬЕКТ но установленные выходов излучеетоделителя, и ме ремещения, скреперкалом через мееремещения, выходы блоков регистраниэмом углового тья диафрагма и эователь уста.ов - ю перемещения в ндикулярных напльно оси излучеетоделителя 1 ,ции, последователь на каждом из двух ния из третьего св ханизм углового пе ленный с опорным з ханизм линейного п второго и третьего ции связаны с меха перемещения, а тре третий фотопреобра лены с возможность двух взаимно перпе равлениях относите ния из третьего св аноия Изобретение относится к измерительной технике и может быть испольэов для измерения параметров движен (перемещений, вибрации ).По основному авт, св. СССР В 75 б 1 94 известно устройство для из- мерения параметров движения объекта, содержащее источник монохроматического излучения, расположенный последовательно с ним светоделитель, на одном выходе излучения иэ которого последовательно установлены Фильтр, диафрагма, фотопреобразователь и электрически связанный с ним блок регистрации, на другом - нейт - ральный фильтр, спорное зеркало с механизмом линейного перемещения опорного зеркала в направлении оптической оси излучения, а на тре- .: тьем - микрообъектив, а также второй светоделитель,расположенный между микрообъективом и первым свето- делителем под углом 45 к оптичесокой оси излучения из первого свето-. делителя, третий светоделитель, последовательно установленный на выходе излучения из второго светоделителя, вторую и третью диафрагмы, второй и третий фотопреобраэователи, второй и третий блоки регистраНедостатком известного устройства является низкая точность измерений, обусловленная тем, что при угловом смещении, объекта фотопреобраэователь, регистрирукщий составляющую углового смещения объекта поодной из координатных осей, будет также регистрировать составлящаую смещения по другой оси вследствие 5 изменения интенсивности световогопотока, обусловленного смещением рабочей точки в плоскости, параллельной этой оси.Цель изобретения - повыиение О точности измерения путем полной кемпенсации угловых составлякицих перемещений объекта.Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено четвертым и пятым Фотопреобразователями с диафрагмами, установленными попарно соответственно с вторым и третьим фотопреобразователями так, что образованные две пары фотопреобраэователей расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях относительно 10 оси пучка излучения, а в каждой паре Фотопреобразователи расположены симметоично относительно этой оси, двумя расширителями пучка излученйя, установленными перед каждой из пар фотопреобразователей, и двумя блоками вычитания, каждый из которых входами подключен к выходам одной из пар фотопреобразователей, а выходом - к соответствующему входу механизма углового перемещения и соответственно к входам второго и третьего блоков регистрации.На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройствана фиг.,2 - расположение диафрагм относительно пучка излучения; на фиг.3 - нормальное сечение пучка света, гауссовское распределение интенсивности пучка в нормальном сечении и диаграмма работы устройства по преобразованию угловых смещений пучка по осям Х и У в электрический сигнал.Устройство содержит источник 1 монохроматического света, первый светоделитель 2, на одном выходе из Ъ лучения иэ которого последовательно расположены нейтральный фильтр 3, опорное зеркало 4, жестко закрепленное на механизме 5 линейного перемещения опорного зеркала 4 по оси 40 излучения. На другом выходе излучения из светоделителя 2 последовательно установлены фильтр 6 на длину волны источника 1 света, первая диаФрагма 7, первый фотопреобразова тель 8 и первый блок 9 регистрации, электрически связанный с первым фотопреобразователем 8 и механизмом 5 линейного перемещения. На третьем выходе расположен второй светоделитель 10, на одном выходе излучения50 иэ которого установлен микрообъектив(11, а на другом - третий светоделитель 12, установленный под углом 45 к пучку излучения, На одном выходе излучения из третьего светоделителя 12 последовательно расположены первый расширитель 13 пучка излучения, вторая и четвертая диафрагмы 14 и 15, второй и четвертый Фотопреобразователи 16 и 17, электрически связанные 60 выходами с входами первого блока 18 вычитания электрических сигналов, вы ход которого электрически связан с входом второго блока 19 регистрации и с первым входом механизма 20 угло вых перемещений, на котором закреплен механизм 5 линейного перемещения опорного зеркала 4. На втором выходе излучения из третьего светоделителя 12 последовательно расположены второй расширитель 21 оптического излучения, третья и пятая диафрагма 22 и 23, третий и четвертый фотопреобразователи 24 и 25, подключенные выходами к входам второго блока 26 вычитания электрических сигналов, который, в свою очередь, подключен выходом к входу третьего блока 27 регистрации и к второму входу механизма 20 угловых перемещений. Исследуемый объект (28 находится в фокальной плоскости микрообъектива 11.По сути устройство представляет собой фотоэлектрический интерферометр.Устройство работает следующим образом.При смещении объекта 28 в направлении оптической оси падакщего на него сигнального. пучка света интерферометра происходит изменение интенсивности интерференционной картины на выходе интерферометра, пропорциональное величине смещения.Изменение интенсивности интерференционной картины преобразуется при помощи фотопреобразователя 8 в переменный электрический сигнал, изменяющийся по закону изменения амплитуды смещения объекта 28. Этот электрический сигнал поступает на механизм 5 линейного перемещения опорного зеркала 4 и смещает опорное зеркало 4 на величину, равную амплитуде смещения объекта 28, но обратную По фазе. Это позволяет скомпенсировать движение объекта 28. Одновременно этот сигнал измеряется при помощи блока 9 регистрации.При угловых смещениях объекта 28. происходит расхокдение опорного и сигнального пучков на выходе интерферометра на угол, равный углу поворота объекта 28. Это приводит к изменению интенсивности интерференционной картины и к погрешности измерения. Последняя устраняется за счет компенсации угловых смещений, которая осуществляется при помощи схемы, образованной светоделителями 10 и 12, расширителями 13 и 21, диафрагмами 14 и 15, 22 и 23, фотопреобразователями 16 и 17, 24 и 25, блоками 18 и 26 вычитания электрических сигналов и механизмом 20 углового смещения опорного зеркала 4.Компенсация происходит следующим образом.При угловых перемещениях объекта 28 происходит смещение пучка света, отраженного светоделителем 10 относительно диафрагм-. 14 и 15, 22 и 23, которые попарно установлены в двух взаимно перпендикулярных плос 1костях относительно оси пучка излучения ( фиг. 2), а в парах диафрагмырасположены симметрично относительноэтой оси, например в диаметральнопротивоположных точках середин линейных участков зависимости гауссовского распределения интенсивности пучка излучения по нормальному .сечению (фиг. 3 ).Угловое смещение пучка, вызванное угловым смещением объекта, рас-. 10кладывается по двум координатнымосям Х и У фиг. 3 ), при этом изменение интенсивнбсти при помощи фотопреобразователей 16 и 17, 24 и 25преобразуется в электрические сигналы 0 и ОХ ,0 у иОК , пропорционапьные составлАщим углового смещениятоХи У.йрисмещении объекта по оси Х величина напряжения на фотопреобраэова-щтелях 16 и 17 определяется из выражений:к Э з)зыгде ЦХ, Ох - электрическое напряже 2ние на выходах.фотопреобразователей;кн - сопротивление нагрузкифотопреобразователей , З 0Эф з 1 пою 1- ток фотопреобразователя,.,соответствукщий изменению интенсивности на выходах диафрагм 14 и 15.При смещении пучка по оси Х на фо-топреобраэователях 24 и 25, регистри рующих угловое смещение по оси У,величины электрического напряжениябудут определяться из выражений:ОУ =БОНЗ З 1 пш;О =КЭ, Уп мЕ,402 2где О , 0 - сигналы на вйходах фотопреобразователей;Вн - сопротивление нагрузкифотопреобразователей; 45ЗфЗ 1 па 1, - токи фотопреобразова 3 Юп ю 1 телей, соответствующиеизменению интенсивнос-,ти на выходах диафрагмы 22 и 23. 50 Электрическое напряжение, снимаемое с фотопреобразователей 16 и 17, подается на блок 18 вычитания электрических сигналов, с которого снимается разностный сигнал поступающий 55 на механизм 20 углового смещения.Аналогично напряжение с фотопреобразователей 24 и 25 подается на блок 26,вычитания электрических сигналов, а разностный, сигнал с блока 26 - на 60 механизм 20 углового смещения. Но так как смещение объекта происходило только по оси Х, то разностный сигнал на блоке 26 вычитания электрических сигналов равен О, и смещение опорного зеркала 4 происходит только в плос,кости ХОЕ за счет разностного сигнала с первого блока 18 вычитания электрических сигналов.Аналогично при смещении объекта только по оси У происходит смещение опорного зеркала 4 лишь в плоскости КОЕ.Угловое смещение объекта 28 приводит к угловому смещению опорного зеркала 4, и угловое расхождение сигнального и опорного пучков на выходе интерферометр при угловых смещениях объекта сводится к нулю, Изменение интенсивности интерференционной картины на выходе интерферометра происходит только при нормальном смещении объекта 28, блок 9 регистрации ре- .гистрирует только амплитуду перемещений объекта, происходящих по нормали к его поверхности.Эффективность изобретения заклю,чается в повышении точности измерения за счет более точной компенсации угловых смещений объекта, обуслов ,ленной регистрацией угловых смещений ;в плоскостях ХОЬ и КО 2. парами фотопреобразователей с последующим измерением электрических. сигналов фотопреобразователей в каждой паре.Формула изобретенияУстройство для измерения парамет"ров движения объекта по авт. св.9 756194, отличающеесятем, что, с целью повышения точности измерений., оно снабжено четвертым и пятым фотопреобразователями сдиафрагмами, установленными попарносоответственно с вторым и третьимфотопреобразователями так, что образованные две пары фотопреобразователей расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях относительно осипучка излучения, а в каждой паре фотопреобразователи расположены симметрично относительно этой оси, двумя расширителями пучка излучения,установленными перед каждой из парфотопреобразователей, и двумя блоками вычитания, каждый из которых входами подключен к выходам одной из парфотопреобразователей, а выходом -к соответствующему входу механизмауглового перемещения и соответственно к входам второго и третьегоблоков регистрации.ИстоЧники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 756194, кл. Ь 01 В 11/00, 19781000748 Составитель С. ГрачевТехред Л,Пекарь Корректор Е. Ромк А. Лежнин е аказ 135 ПП "Патент", г. Ужгород,: ул. Проектная,ли 8 ТВНИИПИ Госупо делам 3035, Москва ираж 600 дарственного к иэобретений и Ж, Раушск