Измеритель амплитуды и фазы световой волны

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 С, 01 В 9/О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Специальное конструкторское бюро научного приборостроения Оптика" Сибирского отделения АН СССР, Институт оптики атмосферы Сибирского отдь пения АН СССР и Институт космичес- ких исследований АН СССР(54) (57) ИЗМЕРИТЕЛЬ АМПЛИТУДЫ И ФАЗЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ, содержащий фотозатвор, приемную оптическую систему, сканирующий фотоприемник и анализатор сигналов, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с цепью расширения диапазона и надежности измерений амплитуды и фазы световой волны, приемная оптическая система содержит объектный и опорный каналы и свето- делитель, а анализатор сигналов включает блоки запазцывания, цепения и из влечения квацратного корня, логарифмический преобразователь Гипьберта, синусоидапьный преобразователь, блок умножения, преобразователь 1 ипьберЯО 103 0645 та, преобразователь координат, сумматор, источник единичного сигнала, контрольный яумматор, инвертор, блок синхронизации и два квацратора, причемфотозатвор установлен в объектномканале приемной оптической системы,оба канала которой совмещены на свьтоцелитепе, после которого установленсканирующий фотоприемник, к которому подключены последовательно блокизапазцывания, деления, извлеченияквадратного корня, логарифмическийпреобразователь Гильберта, синусоицальный преобразователь, блок умножения,преобразователь Гильберта, сумматор,один из квацраторов и контрольный сумматор а преобразователь коорцинатодним вхоцом подключен к выходу блока умножения, другим входом - к выходу преобразователя Гипьберта, цвадругих входа контрольного сумматорасоединены соответственно с выходомблока деления через инвертор и с выходом блока умножения через цругойквацратор, при зтом источник единичного сигнала соединен с вторым входом сумматора, второй выход сканирующего фотоприемника соединен с вхоцом блока целения, блок извлеченияквадратного корня - с вхоцом блокаумножения, а блок синхронизации соъ.динен с фотозатвором, сканируюцимфотоприемником и блоком запаздывания, 1030645Изобретение относится к оптическойизмерительной технике, а именно к интерферометрии, и может быть использовано в оптическом приборостроеип ипри исспеповании оптических неоцнороцностей в прозрачных срецах.Известно устройство цля измеренияамппитуцы и фазы световой водны, соПержащее фотозатвор, приемную оптическую систему, фотоприемник и анализатор сигналов Г 1 1.Нецостатками устройства являютсясложность алгоритмов восстановленияфазы и, как слецствие, узкий рабочийпиапазон, а также необхоцимость использования специализированных ЗВМ навсех стапиях получения и обработкиинтерферограммы.Наиболее близким техническим решением к изобретению является измеритель амплитуцы и фазы световой волны, сопержащий фотозатвор, приемнуюоптическую систему, сканирующий фотоприемник и анализатор сигналов Г 2 ,Нецостатками известного устройства являются малый пиапазон фазы неболее оцной полосы ), при которомработает устройство, и работоспособность только в условиях регулярнойприропы интерференционной картины попоса ипи кольцо). При наличии искаже=ния сложной формы на контролируемом, объекте устройство работать не может.Оцнако, например, оптические цетапив процессе их изготовления имеютцефекты сложной формы и ошибки, большие по пиапазону (от 0.1 цо 10 интерференционньп полос), поэтому ппя таких значений неопнороцностей фазытакое устройство непригоцно.Кроме того, остается неопределенность значения фазы в центре подя интерференционной картины, так как значения полученной фазы измеряютсяотносительно центрального значенияфазы опрецеляемого центральным фотозатворами,Цель изобретения - расширениециапазона и напежности измеренийамплитуцы и фазы световой волныЦепь цостигается тем, что в измерителе амппитуцы и фазы световой волны,сопержащем фотозатвор, приемную оптмческую систему, сканирующий фотоприемник и анапиэатор сигналов, приемнаяоптическая система сопержит объектный и опорный каналы и светоцелитепь,а анализатор сигналов включает блокизалазцывания, пепения и извлечения 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 квапратного корня, логарифмическийпреобразователь Гильберта, синусоипапьный преобразователь, блок умножения,преобразователь Гильберта, преобразователь коорцинат, сумматор, источникединичного сигнала, контрольный сумматор, инвертор, блок синхрокизации ипва квапратора, причем фотозатворустановлен в объектном канапе приемной оптической системы, оба каналакоторой совмещены на светоцелителе,после которого установлен сканирующийфотоприемник, к которому поцключеныпоспецовательно блоки запазцывания,целения, извлечения квацратного корня,логарифмический преобразователь Гильберта, синусоицапьный преобразователь,блок умножения, преобразователь Гигпберта, сумматор, оцин из квацраторов иконтролыгый сумматор, а преобразоватень коорцинат опним поцключен к выхопу блока умножения. цругим вхопомк выхоцу преобразователя Гипьберта,цва цругих входа контрольного сумматора соецинены соответственно с выходомблока целения через инвертор и с выхоцом блока умножения через цругойквацратор, при этом источник ециничного сигнала соецинен с вторым вхопом сумматора, второй выкоц скширу 1 сщего фотоприемника соепинен с вхоцомблока целения, блок извлечения квадратного корня - с вхоцом блока умножения, а блок синхронизащи соединен сфотозатвором, сканирующим фотоприемником и блоком запаздывания,На чертеже прецставлена схема устройства. Пунктиром выцелена цепь автоконтроля.Измеритель содержит приемную оптическую систему с каналами 1 и 2, Опти=ческий канал 1 совмещен с каналом 2через фотозатвор 3 и поворотное зеркало 4 на светоцевтеле 5, На оптической оси канала 1 расположен сканирующий фотоприемник 6, выхоц которогопоцключен к блоку 7 запазцывания, Далее послецоватепьно поцключены; блок 8целения, блок 9 извлечения квацратного корня, блок 10 логарифмическогопреобразователя Гильберта, блок 1 1синусоипапьного функционального преобразователя, блок 12 умножения, преобразователь 13 Гильбеота и черезпервый вход - преобразователь 1 4 цькартовых координат в полярные,К цругому вкоцу преобразователя 14поцапючен выхоц блока 12 умножения.Другой выхоц сканирующего фотоприем 3 10 ника 6 подключен к входу бпока 8 де.- ления.Кроме того, выход преобразоватепя 13 Гильберта соединен с входом сумматора 15, другой вход которого соепинен с источником 16 единичного сигнала. Выход сумматора 15 через квадратор 17 соединен с одним из входов контроп ного сумматора 18. Два других входа контрольного сумматора 18 соответственно соединены с выходом бпока 8 деления через инвертор 19 и с выходом блока 12 умножения через квапратор 20. Сканирующий фотоприемник 6 и блок 7 запаздывания соединены с блоком 21 синхронизации который соединен с фотозатвором 3. Совокупность блоков 7-21 представляет собой анализатор сигналов.Измеритель амплитуды и фазы световой волны работает спепуюцим образом.По оптическому каналу 2 поступает обьектная волна, которая прерывается Фотозатвором 3, налример в вице обтюратора и поспе отражения от поворотного зеркала 4 поступает на светопепитепь 5, По оптическому каналу 1 поступает опорная водна, которая совмещается на светодепитепе 5 с объектной волной канала 2, образуя интерференционную картину. Интерференционная картина сканируется блоком 6, представляющим собой сканирующий фотоприемник, например диссектор с синхронизуемыми развертками. Сигнал с блока 6 поступает в блок 7 запаздывания, где задерживается на время, задаваемое блоком 21 синхронизации Блок 7 запаздывания может быть выполнен стандартными радиотехническими средствами, например в виде пинии задержки, либо в випе набора синхронизуемых элементов памяти, Работа блока 6 сканирования и блока 7 запаздывания синхронизуется блоком 21 таким образом, чтобы сигнал иэ блока 6, соответствующий интенсивности интерференционной картины на светопепитепе 5, и полученный в момент, когда канал 2 не перекрывается фотозатвором обтюратором) 3, задерживапся блоком 7 запаздывания на время, необходимое для сканирования интенсивности опорной волны из канала 1.Причем, во время сканирования опорной волны канал 2 перекрывается фотоэатвором 3, Такую синхронизацию можно обеспечить стандартными ра 1520 253035 4045 50 55 и блока 21 синхронизации позволяет обходиться топько одним блоком 6 сканирования.Таким образом, сигналы с второго выхопа блока 6 сканирования и с выхода блока 7 запаздывания совмещают.ся во времени и одновременно поступают в блок 8 пепения, с помощью которого определяется отношение этих сигналов. Далее сигнал с выхода блока 8 деления поступает в блок 9 извлечения квадратного корня, а затем - в логарифмический преобразователь 10 Гипьберта.Логарифмический преобразоватепь 10Гипьберта работает спепуюшим образом,Вначале опрепепяется натуральныйлогарифм входного сигнала, Это можетбыть реализовано при помощисерийного логарифмического усилителя. Затем сигналфильтруется линейным фильтром. Рассчитанный фильтр может быть реализован стандартными радиотехническимиметодами, Логарифмическое преобразование Гипьберта является одной из существенных операций, реапизуюших связь между интенсивностью и фазой свето= вой волны. Для упрощения обработки сигнала целесообразно наличие опного блока, совмешаюшего погарифмированиеи преобразование Гипьберта,С выхода логарифмического преобразоватепя 10 Гильбертов сигнал поступает в синусоипапьный преобразователь 11, с которого поступает в.;бпок 12 умножения, на пругой вход которого поступает сигнап из блока 9 извпечения квапратного корня, Поспе перемножения сигналов с бпоков 9 и 1 1 резупьтируюший сигнап подается на вход преобразователя 13 Гипьберта ц на спин из входов преобразователя 14 пекартовых координат в попярные, на пругой вход которого поступает сигнал с выхода блока 12. При этом, преобразователь 14 координат преобразует входные декартовые координаты а именно, сигнапы с бпоков 12 и 13 в выходные - полярные координаты т.е. амппитупу и фазу объект 30645 4диотехническими способами, например, используя тактовые импульсы от фотозатвора 3, поступающие на делитель импульсов блока 21 синхронизации. Та 5, кой делитель формирует из поспеповатепьности тактовых импульсов от фото- затвора 3 управляющие сигналы ппязапуска и остановки блока 6 сканирования и блока 7 запаздывания. При этомвведение в измеритепь фотозатвора 35 10 ной волны, Отметим, что сигналы с блоков 12 и 13 можно представить в вице: О=А(Ф) с оз Ч Ии Ч:А (Ф М о Ч(Ю, А преобразователь 14 выполняет операции нац этими сигналами в соответствии с алгоритмами, описываемыми выражениями: ф): Ц ЩфЧ (Ф) и ЧЯ=ГО(ууцеЩ 2 2 ГЧ(+) Ч фаза объектной водны,АМ - амппитуца обьектной волны, Г - оператор вычиспе ния арктангенса по модулю 2 3 .Для проверки правильности формирования объектной и опорной вопны и обнаружения неправипьного функционирования отцепьных блоков и обеспечения тем самым надежности получаемого результата, измеритепь амппитуцы и фазы световой волны соцержит цепь автоконтропя, которая работает следующим образом. Сигнал с выхоца преобразоватепя 13 альберта скпацывается в блоке 15 с ециничным сигналом из блока 16. С выхода блока 15 через квацратор 17 сигнал поступает на вхоц контропьного сумматора 18. На цругие вхоцы контропьного сумматора 18 поступают сигналы с блока 12 через квацратор 20, иэ блока 8 через инвертор 19. В случае правильности функционирования ,всех бпоков устройства сигнал на выхоце контрольного сумматора 18 цопжен быть равен нулю. При неправильном функционировании устройства на выхоце блока 18 появляется ненулевой сигнал.Длямого повышения надежности попучаесигнапа в прецлагаемом измеритеенена цепь бпоков автоконтроля,, используя описанные связи вности и фазы световой вопны, оце блока 18 контрольного сумпри правильном функционированииустройства выдает нулевой сит ле прим которая интенси на вых матора блоков нап. 30645 6Надежность попучаемого результатагарантируется наличием нулевого сигнала в процессе измерения на выходеблока 18.Изобретение позволяет визуализировать профиль фазы и .амплитуцы объекта на экране осциллографа или цругогоцисппея, Этот профиль, например оптической цетали, в соответствующей схе ме интерферометрического контроля несет сведения о цефектах поверхностиизмеряемой детали или о неоцнороцности показателя лрепомпения (фаза) ипоказателя погпощения (амппитуда) висследуемом объекте. Одновременноеполучение значения амплитуды и фазыпозвопяет применить предлагаемыйизмеритель при контроле объектов, имек- щих, например, просветляющее ипи отражающее покрыите, и при этом кощ- чественно оценить качество этого покрытия и независимо оценить количественно отступления формы поверхностиили неоднороцности коэффициента прелом1030645 Составитепь А, Чурбакоедактор А. Шанцор Техрец Л.Пекарь Пов Корректо писное филиал ППП фПатентф, г. Ужгороц, уп. Проектная, 4 Заказ 5190/41 Тираж 602 Поц ВНИИПИ Госуцарственного комитета СССР по цепам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., ц. 4/5