Оптический способ определения перемещения объекта

(54) ОПТИЧЕСКИЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕ (57) Изобре тение тельной технике, мещений объектов ми. Цель изобрет ЕЦЕЛЕНИЯ ПО ТА осится к изм иере- е тодаие точелен к опоптич с ла, изме повьппе и Изобретение отно тельной технике, к мещений объектов оп дами. и т од ию пе скими м ч е н На фиг.тва, реал змерения нием и фиг, 2 спользовометра М 5 - спе льно ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ:(56) Красюк Б.А., Корические системы связи идатчики. М,: Радио и сс. 105,ТИИЭР, 1980, т. 68,Цель изобретения - повышение тности и расширение диапазона оиредления перемещений объекта посредсвом сканирования разности хода вделах величины измеряемого перемея 1 приведена схема устройиэующая оптический способ перемещений с использоваферометра Фабри-Перо; на ариант схемы устройства с нием волоконного интерфеха-Цандера; на фиг. 3, 4 тры излучения на выходе изго интерферометра; на ности и расширение диапазона определения перемещений объекта посредствомсканирования разности хода в пведелах величины определяемого перемещеия. Пропускают излучение широколоосного источника последовательно через измерительный интерферометр и интерферометр-анализатор. Базу (или разность хода) интерферометра-анализатора периодически сканируют от минимального до максимального значения измеряемого перемещения. Регистрируют интенсивность прошедшего оптического излучения, измеряют положение основного максимума выходного сигнапо положению которого судят об йфряемом перемещении 7 ил. фиг,б и 7 - эпюры сигнала на вых еустройства.Способ осуществляется с помощью устройства, содержащего широкополостный источник 1 излучения (например, вольфрамовая лампа накаливания, газоразрядная лампа и т.п,), волоконный световод 2, измерительный интерферометр 3, служащий чувствительным элементом, микрообъективы 4, сканируемый интерферометр-анализатор 5, фотоприемник 6 (например, фототранзистор), устройство 7 регистрации (например, осциллограф), устройство8 управления (например, генератор пилообразного напряжения), При этом излучение источника 1 вводится с по" мощью микрообъектива 4 в световод 2. Устройство 8 управления осгестяляет сканирование интерферометра 5 и упмум интенсивности значительно меньшей величины (по сравнению с основным). При полном несовпадении спектральных функций пропускания интенсивность на выходе интерферометра-анализатора имеет незначительную величину.Расширение динамического диапазона измеряемой величины достигаетсяоднозначностью отсчета измеряемогопараметра за счет превращения периодической зависимости мощности прошедшего через измерительный интерферометр светового потока от фазовогонабега в нем в непериодическую зависимость, имеющую в случае использования широкополосного излучения ипропускания излучения через второйинтерферометр вид отдельного пика,сопровождающегося пиками с существенно меньшей амплитудой.Повышение точности измерения перемещения при воздействии дестабили зирующих факторов достигается тем,что измерительный параметр воздействует на спектральную характеристикучувствительного элемента и о его значении судят по положению максимумаинтенсивности, а не по величине интенсивности регистрируемого сигнала.Излучение от широкополосного источника 1 с помощью микрообъектива4 вводится в световод 2 и доставляется к ч ув ствит ельному элементу - измерительному интерферометру 3 фабриПеро, излучение в виде параллельногопучка для которого формируется объективами 4. Функция пропускания интер- .0 ферометра с базой С описывается функцией Эири(1-К)В 4 лсгде К- фазовый набег, равный в -;45К - коэффициент отражения зеркал.Величина К должна мало изменятьсяво всем диапазоне длин волн излучения источника.50Спектр излучения на выходе измерительногоо интерфероме тра 3 представлен на фиг.З (кривая 1). Излучениеданного. спектрального состава доставляется световодом 2 к сканируемо 5 сму интерферометру 5 с переменной ба- зой С, функция пропускання которогоописывается функцией Эйри и приведена на фиг. 3 (кривая 2). При равенстве баз интерферометров 3 и 5 з 1465696равляет устройством 7 регистрации.Сканирование интерферометра 5 (фиг,1)осуществляется устройством 9 управления базой (например, пьезопреобра 5зователем), на которое поступаетсигнал с устройства 8 управления.Сканирование интерферометра 5 (фиг,2)осуществляется фазовым модулятором 10(например, пьезопреобразователем)сигналом с устройства 8 управления.В случае использования в качествеустройства регистрации осциллографана вход Х его подает сигнал, управляющий перестройкой базы или разности хода а на вход У - сигнал с фо 1топриемника.Способ осуществляется следующимобразом,Пропускают излучение широкополосного источника 1 последовательно че 1 рез измерительный интерферометр 3 иинтерферометр-анализатор 5, аналогич ный измерительному. Базу (или раз ность хода)интерферометра-аналиэатора 5 периодически сканируют от минимального до максимального значенияизмеряемого перемещения. Регистрируют интейсивность прошедшего оптического излучения, измеряют положения Зосновного максимума выходного сигнала, по положению которого судят обизмеряемом перемещении, Спектр источникадолжен быть гладким и охватывать область длин волн, отличающихся в 1,5-2 раза, например от 0,5до 1,0 мкм.База (разность хода) измерительного интерферометра 3 равна значениюизмеряемого перемещения и определяетего спектральную характеристику пропускания оптического излучения.Спектральная функция пропускания ин"терферометра-анализатора 5 периодически изменяется при его сканировании от минимального до максимальногозначения измеряемого параметра. Когдабазы (разности хода) оказываются равными, их спектральные характеристикисовпадают, при этом наблюдается основной максимум выходного сигнала,по положению которого судят об измеряемом перемещении. При различныхбазах (разностях хода) измерительного интерферометра и интерферометра-анализатора спектральные функциипропускания могут совпадать частично,При частичном совпадении спектральных характеристик наблюдается макси96 5 4656 все максимумы функций пропускания интерферометров совпадают (кривые 1 и 2 на фиг,3) и светопропускание устройства максимально. При разных5 ,базах , й максимумы функций пропус" кания несовпадают (кривые 1 и 2 на фиг,4) и светопропускание устройства незначительно.Наряду с наличием основного макси мума функции пропускания интерферометров при е = наблюдаются побочйные максимумы при 1 = 3= - 1 вб32 2Это объясняется частичным совпадением кривых проп ускания изме рите ль ного и сканируемого интерферометров (кривые 1 и 2 соответственно на фиг. 5 2 О2для случая й = - 1 ), Сигнал Б полу 3чают на устройстве регистрации, ко" торый представляет собой функцию пропускания устройства при изменении 25 базы сканируемого интерферометра й. Устройство регистрации выделяет основной максимум сигнала, по положению которого можно однозначно судить о величине измеряемого перемещения. 30На фиг,2 представлено устройство, являющееся разновидностью устройства, изображенного на фиг. и отличающееся тем, что в нем использованы воло-. конные интерферометры. Принцип работы устройства аналогичный, различие заключается в том, что воздействие перемещения на измерительный интерферометр приводит не к изменению его базы (как это происходит в устройст О ве на фиг.1), а к изменению оптической разности хода между измерительным и опорными плечами интерферометра 3. Процесс сканирования интерферометра-анализатора заключает" ся в изменении разности хода между опорным и сканируемым плечами интерферометра, что достигается, например,пье эоп реобра эова телями.Использование изобретения позволяет проводить измерения перемещений в широком диапазоне: от единицмкм до метров и более с высокой степенью точности. При этом обеспечивается независимость измерений отфлуктуаций интенсивности источньссаизлучения и от изменения светопрогус.кания элементов устройства при воздействии на них неблагоприятных факторов окружающей среды (вибраций,температуры, ионизирующего излучения). Благодаря применению световодной техники предлагаемый способ измерения перемещения применик в условиях сильных электромагнитных помех,для дистанционных измерений (до сотен метров),Формула изобретения Оптический способ определения перемещения объекта, заключающийся в том, что формируют поток излучения, пропускают его через измерительный интерферометр, регистрирующий выходящее иэ интерферометра излучение, по характеристикам которого и определяют перемещения, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности и расширения диапазона определения, формируют поток иэ излучения, имеющего широкий спектр, вышедшее из интерферометра излучение направляют в интерферометр-анализатор, разность хода которого периодически сканируют в пределах величины измеряемого перемещения, регистрируют вьппедшее из интерферометра-анализатора излучение, а в качестве характеристики принимают положение основного максимума излучения.465696Составитель Б. Евстратов Редактор Н, Кюптулинец Техред Л.Сердюкова Корректор Л,. Пилипенко Заказ 932/40 Тираж 683Подписное ВИИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101