Интерференционное устройство для измерения линейных перемещений объекта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) Я,1)5 6 01 В 21/О ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТИЯМ Г ИЯ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1275205, кл. 6 О 1 В 21/00, 1986.(54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСВО.ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРМЕЩЕНИЙ ОБЪЕКТА(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано приточных измерениях линейных перемещенийобьектов. Цель изобретения - повышениеточности измерений за счет изменения фазы опорного луча интерферометра в зависи 1670409 А мости от длины волны излучения лазера, Луч лазера 1 разделяется светоделителем 2 на опорный и измерительный потоки, которые, отражаясь от отражателей 4 и 5, рекомбинируют в светоделителе 2 и фиксируются фотоприемником 7. Часть излучения лазера 1 направляется в оптический блок 16 каскадного интерферометра, в котором по последовательному изменению максимума сигнала на фотоприемниках 8-11, поступающего в анализатор 17, судят об изменении длины волны излучения лазера 1. Изменением напряжения, подаваемого на пьеэопривод 6, добиваются перемещения отражателя 4, что меняет фазу опорного луча и уменьшает погрешность измерений, 4 ил,И:зоГ 1 етение относится к измерительнп:з технике и может быть использовано приточных измерг иях линейных перемещенийобьек гов.Цель изобретения - повышение точности измерений за счет изменения фазыопорного лунд интерфер метра в зависимости от длины волны излучения лазера,На фиг, 1 изображена структурная схелд предлагаемого устройства; на фиг. 2 -структурная схема дндлиэатора изменениядлины волны лазера; на фиг. 3 - структурнаясхема формирователя; на фиг, 4 - временнье диэгрэлмы, поясняющие работу устройсзвд,Интерференционное устройство для измерен ия линейых перемещений обьекта содержит лазер 1, светоделитель 2,к,б-приз. у ,3, геферен гный уголковый от 1 гдкдзель 1, измерительный уголковый отрд:этель 5, пьезоиривод 6, фотоприемники7 :1, сдегоделигель 12, зеркала 13-15, оппзческий блок 16 каскадного интерферометГ аиэлиэдор 17 изменения длины долнылд,зерэ, формировдгель 18. Причем луч лазерд 1 расщепляется светоделителем 2 надоэ потокд д и в, Поток а направлен накуб-ириэзлу, где, расщепляясь и рекглбини;уя, несез информацию о перемещенииогрдждялч 5, котордя фиксируется фотоприемником 7, Поток в расщепляется светоделителем 12 нд двд пучка, направляемых воптический блои 16 каскадного интерферометрд, причегл зеркалами 13-15 создаетсяпастоянндя рд:зносзь длин оптических пузей, величид которой обеспечивает изменение разности фдз пучков на входе воптический блок 16 каскадного интерферометра нд 360", при изменении длины волнылазерного излученич нд расчетную величину ЛА. На выходе оптического блока 16дскддного интерферометра образуозсядье пэры потокоз, максимумы ин генсивности козорых сдвинузы относительно другдруэ о парах нэ ЛЛ/2 э между парэли нэЬА 74. Потоки с 1 иксируотся фотоприемниками 8-11, выоды которых соединены соответственно с 1-И входами анализатора17, ззыход которого через формирователь 18соединен с иьезоприводом,Андлиздзор 17 (фиг, 2) состоит иэ КБтриггеров 19 -22. схемы 4 ИЛИ 23, регистра24, схемы 25 сравнения, инверторэ 26, схемы 2 И 27, реверсивного счетчика,28, схем29 и 30.эде 1.ккп Причем первый вход анализатора 17 соединен с Р входом триггера19, 5 нх дом з 1 игрз 22 и первым входомсхемы 2 з второй г:од анализатора 17 соединн он с Еппм тзз,; ге ра 20, 8. входом5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 триггера 19 и вторым входом схемы 23, тр, тий вход анализатора 17 соединен с К-вхо дом триггера 21, 5-входом триггера 20 и третьим входом схемы 23, четвертый вход анализатора 17 соединен с В-входом триггера 22, 5-входом триггера 21 и четвертым входом схемы 23. Прямой выход триггера 19 соединен с входом 01 регистра 24 и входом В 1 схемы 25 сравнения. Прямой выход триггера 20 соединен с входом 02 регистра 24 и входом В 2 схемы 25 сравнения, Прямой выход триггера 21 соединен с входом 03 регистра 24 и входом В 3 схемы 25 сравнения. Прямой выход триггера 22 соединен с входом 04 регистра 24 и входом В 4 схемы 25 сравнения. Выходы С 11-С 14 регистра 24 подключены соответственно к входам А 1-А 4 схемы 25 сравнения, Выход АВ схемы 25 сравнения соединен с входом для счета на уменьшение реверсивного счетчика 28. Выход АВ схемы 25 сравнения соединен с входом для счета нэ увеличение реверсивного счетчика 28. Выход А=В схемы 25 сравнения соединен через инвертор 26 с первым входом схемы 27, выход которой подключен к тактовому входу реверсивного счетчика 28. Выход схемы 23 через схему 29 задержки соединен с вторым входом схемы 27 и через схему 30 задержки с тактовым входом регистра 24,Формирователь 18 (фиг. 3) содержит соединенныее последовательно цифроаналоговый преобразователь 31 и усилитель 32.Интерференционное устройство работает следующим образом.Луч света от лазера 1 расщепляется светоделителем 2 на потоки а и в. Поток а направлен в интерферометр и делится куб-призмой 3 на два луча. Опорный луч падает на референтный отражатель 4, измерительный - на уголковый отражатель 5, здкрепленный нэ перемещающемся объекте (не показан). В точку рекомбинации опорный луч приходит с фазой, зависящей от положения референтного отражателя 4 и являющейся при определенном положении референтного отражателя 4 постоянной при неизменной длине волны излучения лазера 1. Фаза измерительного луча в точке рекомбинации при неизменной длине волны лазерного излучения являетсч функцией, зависящей от положения отражателя 5. В результате рекомбинации опорного и измерительного лучей образуется поток, падающий на фотоприемник 7, интенсивность котороо зависит оз положения отражателя 5, Количество зафиксированных фотоприемником 7 интерференционных5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 полос является информацией о перел 1 ещении отражателя 5,При изменении длины волны излучения лдэерд 1 фдэд опсрного и измерительного лучсй в точке рекомбинации на полупрозрачной грани куб-призмы 3 меняется, но меняется на разную величину из-за разности путей, проходимых лучами, вследствие чего интенсивность потокд после их рекомбинации зависит дополнительно от величины изменения длины волны лазерногоизлучения ЛЯ, Однако при изменении длины волны лазерного иэлучеия происходит изл 1 енение освещенности фотоприемников 8-11, которая являа 1 ся функцией только изменения длины волны лазерного излучения, При изменении длины волны лазерного излучения на величину ЛЛ максимул 1 освещенности поочередно появляется нд каждом из фотоприемников 8-11. Появление максимума нд каждом из фотоприемников фиксируется днализдтором 17. При этом появление кдждого последующего л 1 аксимул 1 д является информацией об изменении длины волны лазерного излучения на величину Л 1, /4 Очередность появления л 1 дксимумов в виде импульсов с фотоприемников, являющаяся информацией о напрдвлении изменения длины волны излучения лазера 1. преобразуется анализатором 17 в код,Анализатор 17 (фиг, 2) работает следующим образом,КЯ-триггерь 19-22 фиксируют появление импульсов по входам 1-Ч анализатора 17, причем каждый из импульсов, поступающих нд входы анализатора 17, является синхронизирующим для работы всего анализатора 17, формируемого схемой 23 обьединения 4 ИЛИ, схемал 1 и 29 и 30 задержки, В регистр 24 записано предыдущее состояние триггеров 19-22, С приходом очередного и 1 гул: са схемы 25 сравнивает новое состояние триггеров 19 - 22 и предыдущее хранящееся в регистре 24. Если состояния одинаковые, то на счетчик 28 тактовый ил 1 пульс через схему 27 не проходит, так как на выходе схемы 25 А=В "Лог. 1", инвертируемдя схемой 25, устанавливэет "Лог, 0" ;д входе схемы 27 и состояние реверсивного счетчика 28 не изменяется. В других случаях с инвертора 26 поступает "Лог. 1 и тактовый импульс записывает (вычитает) "Лог. 1" в зависимости от того, больше ВА (или меньше ВА) новое состояние триггеров в сравнении с предыдущим хрднящи 1 ся в регистре 24, Реверсивн ый счетчик 28 изменяет свое состояние и ци 1,род:.,.агавй преобразователь 31 преобразует цифровой код счетчика 28 в напряжение, которое через усилитель 32 подается нд пьезопривод 6, В рамя задержки т (фиг, 4) рдссчитывдют из условия окончания переходных процессов в схемдх 19- 22, 25 и 26 В ремя э аде рж ки г 2 в ы бира ют из условия окончания переходных процессов в реверсивнол 1 счетчике, В зависимости от подаваемого на пьезопривод 6 напряжения изменяется положение референтного отражателя 4.Таким образом, при изменении длины волны излучения лазера нд вели пну ЛЯ /4 происходит уменьшение или увеличение в зависимости от ндправлания изменения длины волны лазерного излучения) подаваемого на пьезопривод 6 напряжения О, вследствие референтный отрдждтель 4 приближается или удаляетгя от куб-призмы 3. При этом происходит изменение фазы опорного луча в точке рекомбинации. Параметры элементов схемы рассчитаны тдк, что различие изменения фдз опорного и измерительного лучей в точке рекомбинации оказывается много меньшим, чем при неподвижном референтном отрджэтеле. Таким образом, неучитывдал 1 ое изменение длины волны излучагеля лдэард 1 ЛЯ не превышает величины ЛМ /4 Формула изобретения Интерференционное устроиство для измерения линейных перемещений обьектд, содержащее оптически связанные лазер и светоделитель, разделяющий излучение лазера на опорный и измерительный потоки, два трехгранных уголковых отражателя, референтный и измерительный, фотоприемник, светоделитель выполнен в виде куба- призмы, а измерительный отражатель установлен с воэможностью перемещения в направлении, перпендикулярнол 1 излучению лазера, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, устройство снабжено пьазоприводом, вторым светоделителем, оптическим блоком каскадного интерферометра, вторым, третьим, четвертым и пятым фотоприемниками, анализатором изменения длины волны излучения лазера, формировдтел м, второй светоделитель установлен по ходу излучения л 1 ежду лазером и первьм светоделителем и делит излучение на двд потока с постоянной разностьо хода, направляемые в оптический блок каскадного интерферометра, у четырех выходов которого установлены соответственно второй, третий, четвертый и пятый фотогрпамники, выходы которых соединены с первь 1, вторым, 1 Г) 70409третьим и четвертым входами анализатора изменения длины волны излучения лазера соответственно, выход анализатора соединен через формирователь с пьезоприводом,связывающим первый светоделитель с референтным отражателем,1670409 Сх.О Сх 1 О СхВ Сх 9 Сх 11 х 10 Сх 19 хга Сх оставитель ехред М.Мо едактор В. ьдма каз 2738 Тираж 366 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 ъ фь Сх 9 Сх 117 СхЯ дхб Шабанова тал Корректор О. Кундри