Интерференционное устройство для измерения перемещений
Похожие патенты | МПК / Метки | Текст | Заявка | Код ссылки
Текст
(53) 531.715.1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ(54)(57) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ поавт;св. В 911142, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышенияточности и расширения диапазонаизмерений, оно снабжено вторымизмерительным каналом, содержащимтретий фотоприемник, второй электромеханический преобразователь,выполненный с дифференциальным входом, подключенным к выходам первогои второго фотоприемников и с двумякинематически связанными зеркальносимметричными выходами, две поворотные. платформы, связанные с выходами второго электромеханическогопреобразователя, две Т-образныепластины одинаковой толщины, установленные на платформах в ходе лучейкомпенсационного и первого измерительного каналов и одного из плеч второго измерительного канала симметрично относительно плоскости,равноотстоящей от осей поворота платформ и перпендикулярной к проходящимчерез нее лучам, две П-образныепластины, каждая из которых установлена со стороны стойки соответствующей Т-образной пластины в ходелучей другого плеча второго измерительного канала, Т-образные пластинывыполнены с одинаковыми по высотеступеньками, расположенными на одномиз торцов в ходе лучей одного изплеч первого измерительного канала,оси поворотов платформ расположеныв плоскостях ступенек соответствующих Т-образных пластин на пересечении ступенек с проходящим через нихпучком лучей, усеченный двугранныйотражатель выполнен общим для компенсационного и второго измерительного каналов, датчик нуля выполненс дифференциальным входом подключенным к выходам первого и второго фотоприемников, первый фотоприемник вполнен с дополнительным фотодатчиком, а блок регистрации выполнен сдвумя счетными входами, один из которых связан с выходом третьего фотоприемника, а второй - с вторымвыходом первого фотоприемника.070 2 эанные с выходами второго электромеханического преобразователя, двеТ-образные пластины одинаковои толщины, установленные на платформахв ходе лучей компенсационного ипервого измерительного каналов иодного из плеч второго измерительного канала симметрично относительноплоскости, равноотстоящей от осейповорота платформ и перпендикулярнойк проходящим через нее лучам, двеП-образные пластины, каждая из которых установлена со стороны стойкисоответствующей Т-образной пластины в ходе лучей другого плечавторого измерительного канала, Т-образные пластины выполнены с одинаковыми по высоте ступеньками, расположенными на одном из торцов в ходе лучей одного из плеч первогоизмерительного канала, оси поворотовплатформ расположены в плоскостяхступенек соответствующих Т-образныхпластин на пересечении ступенек спроходящим через них пучком лучей,усеченный двугранный отражатель выполнен общим для компенсационногои второго измерительного каналов,датчик нуля выполнен с дифференциальным входом, подключенным к выходам первого и второго фотоприемников, первый фотоприемник выполненс дополнительным фотодатчиком, аблок регистрации выполнен с двумясчетными входами, один из которыхсвязан с выходом третьего фотоприемника, а второй - с вторым выходомпервого фотоприемника,На фиг.1 показана принципиальнаясхема интерференционного устройствадля измерения перемещений, наФиг.2 - то же, вид сбоку; на фиг.3светорасщепители.Интерференционное устройство содержит источник 1 монохроматического излучения, светорасщепитель 2,плоское зеркало 3, второй светорасщепитель 4, поворотную платформу 5,компенсатор 6 оптической разностихцда, установленный на платформе 7,П-образную пластину 8 и Т-образнуюпластину 9, укрепленную на платформе 10, П-образную пластину 11 иТ-образную пластину 12, укрепленнуюна платформе 13, двугранный отражатель 14, отражатель 15 и отражатель16, установленный на основании 17,отклоняющие зеркала 18-20, щелевые диафрагмы 21-23, первый, второй и 1083Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, предназначено для измерения перемещений, и может быть использовано при проведении научных исследований, например при изучении реакции биологических объектов на воздействие различных Физико-химических раздражителей.По основному авт.св. Ф 911142 известно интерференционное устройство 1 О для измерения перемещений, которое содержит оптически связанные источник монохроматического излучения, светорасщепитель, предназначенный для Формирования параллельных пучков 15 лучей, светаделительный блок, первый и второй отражатели и первый дифФеренциальный фотоприемник, образующие измерительный канал, третий отражатель, выполненный усеченным.0 двугранным, и второй дифференциальный Фотоприемник, образующие компенсационный канал, компенсатор разности хода, общий для обоих каналов, поворотную платформу, несущую компенсатор разности хода, электромеханический преобразователь, скрепленный с поворотной платформой и подключенный к выходу второго фотоприемника, датчик нуля, подключенный к выходу второго фотоприемника, и блок регистрации, выполненный с дифференциальным входом, подключенным к выл ходам первого и второго фотоприемников, и связанный с выходом датчика нуля.Недостатками устройства являются малый диапазон измерений и относительно невысокая точность, так как абсолютная погрешность измерений,40 обусловленная дрейфом и флуктуациями чувствительности фотодатчиков и интенсивности источника излучения, пропорциональна абсолютному значению измеряемой величины.45Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений.Указанная цель достигается тем, что интерференционное устройство снабжено вторым измерительным каналом, содержащим третий,фотоприемник, второй электромеханический преобразователь, выполненный с дифференциальным входом, подключенным к выходам первого и второго фотоприемников и с двумя кинематически связанными зеркально-симметричными выходами, две поворотные платформы, свя3 10830 третий фотоприемники 24-26, первый и второй электромеханические преобразователи 27 и 28, датчик 29 нуля и блок 30 регистрации.Отражатель 14 и фотоприемник 5 25 образуют компенсационный канал.Отражатель 15, скрепляемый с измеряемым объектом 31, размещаемым на основании 17, отражатель 16 и фото- приемник 26 образуют первый измерительный канал.Отражатель 14, Т-образные пластины 9 и 12, укрепленные на платформах 10 и 13, и фотоприемник 24 образуют второй измерительный канал. 15Светорасщепители 2 и 4 выполнены в виде плоскопараллельных пластин, на каждую из граней которых нанесено отражающее покрытие, при этом светорасщепитель 4 выполнен со ступенька ми для образования двух интерференционных картин, смещенных относительно друг друга на Я/2 во втором измерительном канале, на л - в компенсационном канале и на Л и Л /2 - в первом измерительном канале. Необходимое смещение достигается соответствующим поворотом платформы 5 с укрепленными на ней плоским зеркалом 3 и светорасщепителем 4. 30Каждая из платформ 5,7,10 и 13 выполнена с возможностью поворота вокруг оси, параллельной зеркалу 3 и перпендикулярной оптической оси источника 1.35Компенсатор 6 оптической разности хода выполнен в виде ромбической призмы с острым углом равным 450.Каждая из Т-образных пластин 9 и 12 выполнена со ступенькой в ходе 40 лучей одного из плеч первого измерительного канала, обеспечивающей при поворотах платформ 10 и 13 изменение разности хода в этом канале на величину, пропорциональную высоте ступеньки.Отражатель 14 является общим для компенсационного и второго измерительного каналов и выполнен усеченным двугранным. 50Фотоприемник 24 состоит из двух фотодатчиков, смещенных по фазе относительно друг друга на Л /2, и подключен к счетному входу блока 30 регистрации. 55фотоприемник 25 состоит из двух . парных фотодатчиков, включенных по балансной схеме и смещенных отно 70 4сительно друг друга по фазе на Ли подключен к датчику 29 нуля, элен"тромеханическим преобразователям27 и 28 и к дифференциальному входублока 30 регистрации (подключениек дифФеренциальному входу блока 30регистрации на фиг,1-2 не показано).Фотоприемник 26 состоит из трех Фотодатчиков, последовательно смещенных относительно друг друга по фазе на Л /2. При этом фотодатчики, смещенные на Г образуют первый (дифференциальный) приемный канал, выход которого подключен к датчику 29 нуля, электромеханическому преобразователю 28 и дифференциальному входу блока 30 регистрации (подключение к дифференциальному входу блока 30 на Фиг.1-2 не показано) а Фотодатчики, смещенные по Фазе на Р /2, образуют второй .(счетный) приемный канал, выход которого подключен к второму счетному входу блока 30 регистрации, Введение второго приемного канала обеспечивает определение целого порядка интерференционной полосы и позволяет исключить просчет целого числа полос при быстром изменении разности хода, вызывающем кратковременный срыв слежения, т.е. позволяет отличать быстрое приращение длины измеряемого объекта от воздействия вибраций.Датчик 29 нуля выполнен с дифференциальным входом, связанным с выходом Фотоприемника 25 и с первым выходом фотоприемника 26, подключен к блоку 30 регистрации и предназначен для автоматического выделения результатов измерений, соответствуют щих нулевой разности сигналов рассогласования с Фотоприемника 25 и первого выхода Фотоприемника 26.Электромеханический преобразователь 28 выполнен с дифференциальным входом, связанным с выходом Фотоприемника 25 и первым выходом Фотоприемника 26, и двумя кинематически связанными зеркально-симметричными выходами, связанными с поворотными платформами 10 и 13. Использование двух кинематически связанных платформ 10 и 13 с взаимно противоположными направлениями угловых перемещений исключает боковое смещение лучей при повороте платформы, Так как действие дестабилизирующих факторов вызывает одинаковыепо величине изменения сигналов на выходе фотоприемника 25 и первом выходе фотоприемника 26, выполнение электромеханического преобразователя с дифференциальным входом допускает 5 угловые перемещения платформ 10 и 13, связанные только с компенсацией разности хода, обусловленной перемещением отражателя 15. При этом поворот платФорм 10 и 13 обеспечивая ком пенсацию разности хода, обусловленную перемещением отражателя 15. не приводит к изменению разности хода в компенсационном канале, т,е. не вызывает изменения сигнала на выхо де фотоприемника 25, так как,через Т-образные пластины проходит каждый из интерферирующих пучков компенсационного канала.Отражатели 15 и 16 целесообраз но выполнять двугранными.Блок 30 регистрации выполнен с возможностью реверсивного счета целого числа интерференционных полос и регистрации дробной части полосы, 25 например, с использованием тригонометрического преобразования на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).П-образные плоскопараллельные пластины 8 и 11 компенсируют разность 30 хода, вносимую Т-образными пластинами во втором измерительном канале.Устройство работает следующим образом.Пучок излучения источника 1 падает на светорасщепитель 2, который делит его на три параллельных друг другу пучка. Зеркало 3 направляет пучки в светорасщепитель 4, который делит каждый пучок на два параллельных друг другу пучка. Пучки лучей, падающие на двугранный отражатель 14, образуют компенсационный и второй измерительный каналы. Пучки лучей, падающие на отражатели 15 и 45 16, образуют первый измерительный канал. При обратном ходе лучей светорасщепитель 4 объединяет попарно пучки лучей, с образованием трех интерференционных картин, а отклоняющие зеркала 18-20 направляют их на фотоприемники 24-26 соответственно. Поступательное смещение отражателя 15, обусловленное воздействием измеряемого объекта 31, изменяет разность хода интерферирующих пучков в первом измерительном канале, что вызывает перемещение полос на чувствительной площадке фотоприемника 26 и следовательно, появление на его первом выходе электрического сигнала рассогласования, пропорционального смещению отражателя 15. Сигнал рассогласования приводит в действие электромеханический преобразователь 28, который разворачивает платформы 10 и 3 с установленными на них Т-образными пластинами в положение, обеспечивающее уменьшение сигнала рассогласования до нуля, компенсируя тем самым разность хода обусловленную перемещением измеряемого объекта. Одновременно с этим поворот платформ 10 и 13 вызывает изменение разности хода интерферирующих пучков во втором измерительном канале, и обусловленное этим перемещение полос интерференционной картины на чувствительной площадке фотоприемника 24, а следовательно, появление на его выходе электрического сигнала, пропорционального величине смещения отражателя 15 и фиксируемого блоком 30 регистрации.Если толщина Т-образной пластины больше высоты ступеньки в Ы раз, то разность хода интерферирующих пучков во втором измерительном канале, вносимая поворотом платформ 10 и 13, больше компенсируемой разности хода, обусловленной смещением отражателя 15, в такое же число раз. Таким образом, реализуется измерение дробной части интерференционной полосы, равное Д /Х, где дробная часть полосы, реализуемая, например, тригонометрическим преобразованием.Изменение разности хода интерферирующих пучков в компенсационной канале, обусловленное влиянием дестабилизирующих факторов среды, вызывает перемещение полос на чувствительной площадке Фотоприемника 25, а следовательно, появление на Гего выходе электрического сигнала рассогласования. Сигнал рассогласования приводит в действие электромеханический преобразователь 27, который разворачивает платформу 7 с установленным на ней компенсатором 6 оптической разности хода в положение, обеспечивающее уменьшение сигнала рассогласования до нуля. Так как воздействие дестабилизирующих факторов вызывает одинако108307вую разность хода во всех интерференцЬонных каналах, а компенсатор6 является общим для них, то разность хода интерферирующих пучков,обусловленная воздействием дестабилизирующих факторов, компенсируетсяво всех каналах, при этом имеетместо и компенсация практическинеизбежной клиновидности Т-образныхпластин, так как пучки лучей, лежа Ощие в одной плоскости (например,проходящие через компенсатор 6),расположены, симметрично относительносреднего, а клиновидность являетсялинейной величиной, то поворот платформы. 10 вызывает одинаковые изменения разности хода во всех каналахнезависимо от направления клиновидности. Благодаря этому, можно использовать ступеньки практически сколь20угодно малой высоты, т.е. задаватьсясколь угодно большим отношением толщины Т-образной пластины к высотеступеньки. Предел определяется только нелинейностью рабочих поверхностей пластин.При работе устройства в статическом режиме измерений, после предварительной установки нуля в каждом1 70 8из каналов электромеханический преобразователь 28 выключается, Счет целого числа полос обеспечивается вторым счетным каналом устройства, связанного с вторым приемным каналом фотоприемника 26. После счета целого числа полос включается электромеханический преобразователь 28, и вторым измерительным каналом устройства регистрируется дробная часть интерференционной полосы.Светорасщепитель 2, отклоняющие зеркала 18-20, диафрагмы 21-23 и фотоприемники 24-26 жестко связаны между собой и выполнены в виде единого блока, а щелевые диафрагмы 21-23 ориентированные так, что щели диаФрагм параллельны плоскости интерферирующих пучков, целесообразно выполнять в виде одной, общей для всех интерферирующих пучков, щелевойдйафрагмы.В отличие от прототипа погрешность измерений для предлагаемого устройства не зависит бт абсолютногозначения измеряемой величины.Использование изобретения позволяет повысить точность и расширитьдиапазон измерений.(110 Составитель С. ГрачевТехред М.Кузьма Корректор С, Шекм Тираж 587 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРно делам иэобретеиий и открытий035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/ Ужгород, ул. Проектна
СмотретьЗаявка
3306617, 18.06.1981
ЦЕНТРАЛЬНАЯ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ ИМ. И. В. МИЧУРИНА
ГУЛЯЕВ ВАЛЕРИЙ ИВАНОВИЧ, ЧУЧА ЛЕОНИД АЛЕКСАНДРОВИЧ
МПК / Метки
МПК: G01B 11/00
Метки: интерференционное, перемещений
Опубликовано: 30.03.1984
Код ссылки
<a href="https://patents.su/6-1083070-interferencionnoe-ustrojjstvo-dlya-izmereniya-peremeshhenijj.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Интерференционное устройство для измерения перемещений</a>
Предыдущий патент: Устройство для определения углов естественного откоса и обрушения сыпучих материалов
Следующий патент: Ультразвуковой толщиномер
Случайный патент: Способ получения катализатора на основе