Интерференционный способ измерения перемещений и устройство для его осуществления

1108328 2. Устройство для измерения перемещений, содержащее интерферометр, три фотопреобразователя, два дифференциальных усилителя.,два формирователя, вход каждого иэ которых соединен с выходом соответствующего дифференциального усилителя, и регистратор, соединенный с выходами форми" рователей, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и увеличения диапазона измерений, оно снабжено источником опорного напряжения, двумя сумматорами, инвертором, двумя сумматорами-выпрямителями и тремя перемножителями-делителями, выходы, первого и второго пере- множителей-делителей подключены к инвертирующим входам соответствующих дифференциальных усилителей, а неиннертирующив входы последних соединены с выходом третьего перемножителя-делителя, первый множительный нход которого соединен с выходам инвертои соответственно три электрических сигнала, определяют их постоянную и,25 переменную состанляющие и используют 35 Ф1Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и можетбыть использовано н машиностроениии приборостроении для измерения с помощью лазерных измерителей перемещений.Известен интерференционный способ измерения перемещений, заключающийся н получении интерференционныхкартин, смещенных одна относительно другой по Фазе, преобразование оптических сигналов н электрические при анализе интерференционных картин и Формировании прямоугольных импульсов, по количеству и последовательности поступления которых определяют перемещение 1.Известно устройстно для измерения перемещений, содержащее интерферометр, три фотопреобразователя, два, диФФеренциальных усилителя, два формирователя, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего дифференциального усилителя, и регистратор. Приемник излучения содержит также четвертый Фотопреобразонатель 1Недостатком известных способа и устройства является та, что при балансном методе компенсируются только постоянные составляющие сигналов фотопреобразователей, а амплитуда переменной составляющей может иэмеляться в зависимости от уровня и глубины модуляции сигнала фотопреобраэователя, что, н частности, может быть Вызвано нестабильностью мощности лазерного излучения при поперечных смера, вход которого подключен к выходупервого сумматора, один из входовпервого сумматора соединен с выходомпервого фотопреобраэователя, с первым множительным входом первого перемножителя-делителя и с перным нходом первого сумматора-выпрямителя, авторой вход первого сумматора подключен к выходу третьего фотопреобраэователя, выход второго фотопреобразователя соединен с первым множительным входом второго перемножителяделителя и с первым входом второгосумматора-выпрямителя, а вторые входы сумматоров-выпрямителей соединеныс выходом первого сумматора, источник опорного напряжения подключен квторым множительным входам перемножнтелей-делителей, делнтельные входыкоторых соединены с выходом второгосумматора, входы которого подключенык выходам сумматоров-выпрямителей. 2щениях отражателей интерферометра,при ослаблении луча измерительногоплеча интерферометра загрязнениями ит.д., тем самым не устраняются основные погрешности, что ведет к сниже -нию точности и уменьшению диапазонаизмерений,Цель изобретения - повышение точности и увеличение диапазона измере 10 нийПоставленная цель достигается тем,что согласно интерференционному способу измерения перемещений, заключающемуся в получении интерференционныхкартин, смещенных одна отнодительнодругой по фазе, преобразовании оптических сигналов н электрические прианализе интерференционных картин иФормиронании прямоугольных импульсов,по количеству и последовательности2 О поступления которых определяют перемещение, получают три сдвинутых по фазе на 90 интерференционные картиныо их дпя формирования двух сигналов со стабилизированными значениями постоянной и переменной составляющих, а затем формируют прямоугольные им- ЗО пульсы.Устройство для измерения перемещений, содержащее интерфераметр, три фотопреобразонателя, дна дифференциальных усилителя, дна формирователя, вход каждого иэ которых соединенс выходом соответстнующего дифференциального усилителя, и регистратор,соединенный с выходами формирователей,снабжено источником опорного напряжения, двумя сумматорами, иннертором,двумя сумматорами-выпрямителями и тремя перемножителями-делителями выходы . 5первого и второго перемножителей-делителей подключены к инвертирующимвходам соответствующих дифференциальных усилителей, а неиннертирующие входы последних соединены (0с выходом третьего перемножителяделителя, перный множительный входкоторого соединен с выходом инвертора, вход которого подключен к выходупервого сумматора, один иэ входов первого сумматора соединен с выходомпервого фотопреобразователя, с .первым множительным входом первого перемножителя-делителя и с первым входомпервого сумматора-выпрямителя, а второй вход первого сумматора подключен Щк выходу третьего фотопреобразователя, выход второго фотопреобразователя соединен с первым множительнымвходом второго перемножителя-делителя и с перным входом второго сумматора-выпрямителя, а вторые входы сумматоров-выпрямителей соединены свыходом первого сумматора, источникопорного напряжения подключен к вторым множительным входам перемножите."лей-делителей, делительные входы которых соединены с выходом второго сумматора, входы которого подключены квыходам сумматоров-выпрямителей,На фиг. 1 представлена блок-схемаустройства для осуществления интерференционного способа измерения перемещений; на фиг. 2 - эпюры сигналовна элементах схемы,Устройство состоит из фотопреобраэователей 1, 2 и 3, источника 4 40опорного напряжения, первого н нторого перемножителя-делителя 5 и б, первого сумматора 7, первого и второгодифференциальных усилителей 8 и 9,инвертора 10, первого и второго сумматоров-выпрямителей 11, 12, первогои второго формирователей 13 и 14,соединенных с выходами соответствующих дифференциальных усилителей 8 и9, третьего перемножителя-делителя15, второго сумматора 16, регистратора 17, соединенного с выходами формирователей 13 и 14, ныходы первогои второго перемножителя делителя 5 иб подключены к иннертирующим входамсоответствующих дифференциальных усилителей 8 или 9, а неинвертирующиевходы последних соединены с выходомтретьего перемножителя-делителя 15,первый множительный вход которогосоединен с выходом иннертора 10, нход 60которого подключен к выходу первогосумматора 7, один иэ входов первогосумматора 7 соединен с выходом первого фотопреобраэонателя 1, с первыммножительным входом первого перемно жителя-делителя 5 и с первым входом первого сумматора-выпрямителя 11, а второй вход первого сумматора 7 подключен к выходу третьего фотопреобразователя 3, выход второго фото- преобразователя 2 соединен с первым множительным входом второго перемножителя-делителя 6 и с первым входом второго сумматора-выпрямителя 12, а вторые входы сумматоров-выпрямителей 11 и 12 соединены с выходом первого сумматора 7, источник 4 опорного напряжения подключен к вторым множительным входам перемножителей-делителей 5, 6 и 15, делительные входы которых соединены с выходом второго сумматора 16, входы которого подключены к выходам сумматоров-выпрямителей 11 и 12.С помощью предлагаемого устройства способ осуществляется следующим образом.С помощью интерферометра (не пока эан) получают три интерференционные картины, последовательно сдвинутые по фазе на 90 О. После преобразования оптических сигналов в электрические с помощью фотопреобраэонателей 1, 2 и 3 получают сигналы вида= К,.1; (1 + щ;сон( а;) )где 1 - номер фотопреобразователей;К; - коэффициент усиления фотопреобразователя;1; - доля энергии лазерного излучения, приходящаяся на фотопреобразователь с номером 1,Й, - глубина модуляции сигналафотопреобраэователя;ЬЧ; - фаза сигнала, связанная с величиной измеряемого перемещения д Ь.Вследствие того, что сигналы фото- преобразователей одинаковым образом зависят от результата интерференции двух лучей опорного и измерительного плеч интерферометра, параметры выходных сигналов описываются одинаковыми функциями времени:о фотогдаЦ;=Б (1) 1+а (т) сон д , (1) ,.Текущие значения трех укаэанных параметров определяются по значениям трех сигналов фотопреобразователей О, (фиг, 2 а) . Формирование двух сигналов БА и э со стабилизированными эначейиями амплитуд и нулевыми постоянными составляющими (фиг. 2 б) осуществляется по алгоритму= Е в 5.пью(1) .Указанные операции и последовательность их выполнения удовлетворяют до полнительному условию осуществления споссба измерения, заключающемуся в том что все сигналы, над которыми производятся операции умножения и деления, должны быть знакоположительными вследствие использования логарифмических перемножителей-делителей Б, б и 15.Стабилизированное значение Б вью рабатывается источником 4 опорного напряжения, Текущее значение -О (С) получают на выходе сумматора 7, на входы которого подаются сигналы О(С) и О (1) с фотопреобразователей 1 и 3. Выпрямленные значения .переменных составляющих сигналов О(1) и Ополучают на сумматорах-выпрямителях 11 и 12, прн этом сумматор 1 б формирует сигнал О, в, Перемножив сигналы Е и О (1) и разделив их произведенйе на О (1)щ(С) с помощью перемножителя-делйтеля 15, получают величину Ер/йСйИспользуя полученные величины Ер, О,щ и Е /в, преобразуют сйгнал О(1) в сигнал со стабилизи- ЗО рованным значением амплитуды и нуле" вой постоянной составляющей О(1) по указанному алгоритму с помощью перемножителя-делителя 5 и дифферен" циального усилителя 835 д Аналогичным образом Формирует сиг" нал Она перемножителе-делителе б и дифференциальном усилителе 9,Амплитудная дискриминация сигналов Од (1) и О 8(1) производится на 4 О Формирователях 13 и 14 по установленным значениям + Е, что благодарястабилизированному значению Е амплитуд сигналов О(1) и Ов(1) обеспечи"вает высокую и устойчивую помехозащищенность измерений, равномерностьраспределения счетных импульсов независимо от изменений уровня и глубины модуляции сигналов Фотонреобраэователей,В регистраторе 17 производится обработка выходных импульсов Формирователей, определение величины и направления измеряемого перемещения ииндикации результатов измерений.Таким образом, использование величины О (1)ю(Т) в качестве сигналаО(г)в., и гальванической связимежду всеми узлами схемы обеспечивает простоту схемной реализации опре-.деления параметра щ(1) и независимость амплитуд сигналов Од(1) и Оз(1)от скорости измеряемого пере;.ащения,а также обусловливает близкую к треугольной форму сигналов О,4 и Ов(1),что позволяет увеличить устойчивостьизмерителя к изменениям уровней иглубины модуляции сигналов фотоприемников, улучшить помехозащищенностьизмерителя, исключить систематическую ошибку измерений, что в совокупности обеспечивает значительное увеличение точности измерения перемещений,Достигнутая высокая точность интерференционных измерений в широкомдиапазоне не зависит от изменений мощности лазерного излучения, от искажений интерференционной картины, чтообеспечивает увеличение диапазона измеряемых перемещений,