Цифровое устройство для измерения порядка интерференции

(191 (И 64 4 С 01 В 21/О БРЕТЕН вльств ые УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ПИСАНИЕ И Аторсному сидв(56) Авторское свидетельство СССРВ 1260682, кл. С 01 В 21/00, 1984,(54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОРЯДКА ИНТЕРФЕРЕНЦИИ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретенияявляется повьвпение точности измерениядробной части интерференционной полосы за счет исключения из процесса измерения значения постоянной составляющей сигнала. Устройство состоит издвух каналов, каждй из которых содер-.жит фотопреобразователь 1(2),нормирующий усилитель (НУ) 3(4), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5(б,) следящего типа, формирователь 7(8), блок9(10) коррекции, и схемы обработки,которая включает в себя блок 11 деления, блок 12 вычисления обратных тригонометричных функций, блок 13 формирования сигнала, комбинационную логическую схему 14, реверсивный счетчик 15, первый двухвходовый элемент 16 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй двухвходовый элемент 17 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, Сигналы с фотопреобразователей 1 и 2, сдвинуотые по фазе на 90 , поступают на нормирующие усилители 3 и 4, с выходов которых сигналы, имеющие нескомпенсированную постоянную составляющую, поступают на входы АЦП 5 и 6. Цифров коды сигналов поступают на информационные входы формирователей 7 и 8, где происходит определение и запоминание значения постоянных составляющих сигналов. Блоки 9 и 1 О коррекции удаляют из цифровых кодов сигналов фотопреобразователей значения их постоянных составляющих. С выходов блоков 9 и 10 коррекции сигналы посту,пают на информационные входы блоков 13 и 11. С выхода блока 11 делениярезультат деления подается на блок 12 вычисления обратных тригонометрических функций агс 1 или агссСц. 4 ил,,..сии;.с,:к изм ри тел. ной технике и может быть использо, Гпо для изморе 1 я пере;ещеций.лък изобретения является поныв".,е тояцости цзерения дробной часи;тсрферснциоинсй полосы путем исключ пил иэ процесса измерения значения постоянной составляющей сигна ла.На Фиг, 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства на фиг.2 - функциональная схема формирователя,на Фиг.3 - функциональная схе ма блока коррекции;на фиг.4- функциональная схе 1 блск; формирования сигустройство состоит иэ 1 ух каналов, ;зждый .,. Орых Од ркит О следов:тельс сооец.:ь:е Фото,еобра зов тель 1 ()ярРопий усили ель 3,4), ,и, г .;. Фроои пр ЗО 6 оа(с а гель (А П ) ,се 4 с.с тиг 1 ) р:ировстепь (8) и сло 9,1 О) кор" .сие ниц1 ИФО рма цио н .и н ход Х которого гедисц с 1 цформ,циоццьм н,содом АЦП. Управляющие ходы С 1 ориронатс-.лей 7 и 8 и блоке 9 и 10 коррекции соедцены с выходом ср; ;ив юще- О устройста сПП 5 и 6 соответст;,цо..п . 1.";1 ровстоля с:.ц:гаОе,яицц с з.:с, и 1 блока коррехии.УстроисгО со рант также бл11, ицформац;оц ые со 1 ь: которого со.,и 1 еиы с иц 1МаОьпи РОдми О О кон 9 и 10 коррек,ии, блок 12 нычис,;еи. Обратных тигоно." етрических Функций, инфор;ационцый .;Од которого соединен с выходом блока 11 целе ния, блок 13 Фр 1 ронния сигнала, ходы кото ОГО соединень с ицфор.ацио и Ги вкода;ибпокон 9 и0 коррекц;и,выход подклкчен к ,прав;1:Оу вх -;у ,чс;.а 1 дееия, ком в 45 б:дноиуо ло.оскук схему 1, входы которой псдклочены к выходам у Формирователей 7 и 8 и ныходу блока 3 Формиронпния си папа, ренсрсивный счетчик 15, суммирующий и ныч 1- тающий входы которого соединены с выходами к бинациоццой логической с:;еь , парный днхнходоньп зпеС ГгсЕ .16, н дь ко" , го соедец. с вьгходам Форми, -; ТЕ;Ей 7 и 1, - :т ро, двуХНХСдои и земечт ИСК 01,Е Л 17, первый ход которого соедицеч с ныхо-.б;Ока3 ,Ооирэн.ия сигнала,второй вход - с ныходом первого эле-. мента ИСКЛКЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, а ныход подключен к управляющему входу блока 12 нычислеция обратных тригонометрических функцийФормирователь 7(8) состоит(фиг.2) из двоичного суммирующего счетчика 18, первого регистра 19 сдвига, первой 20 и второй 21 схем сравнения кодон, первой логической схемы 22, схемы 3 задержки, второго регистра 24 сдвига, третьей 25 и четвертой 26 схем сравнения кодов, второй логической схемы 27, первого 28 и второго 29 четырехвходоных элементов И, первого РБ-триггера 30, первого двухнходс;ного элемента ИЛИ 31, элемента ЗИЛИИ 32 и второго ВЯ-триггера 33. Тастсный генератор 34 является Общим Для АЩ 1 5 и 6 и формирователей 7 и 8.Б,О 9(О) коррекции (фиг, 3) :.Остоит из регистра 35 сдвига, регистра 36, сумматора 37 и схемы 38 задерж 1.ск 13 формирования сигнала (,.,г. 4, содержит схему 39 сравнения кодов и В-триггер 40.Устройство работает следующим обра 3иСигалы с Фотопреобразователей 1 -и 2, сдьинутье по фазе на 90 , поступают на нормирующие усилители 3 и 4, де происходит их усиление, Сигналы, иоступаюпие на вход АЦП 5 и 6, имеют нескомпенсированную постоянную сосганляощую. Цифровые коды сигналов фотопреобразователей поступают на информ,иионные входы Х формирователей 7 и 8 и блоков 9 и 10 коррекции, На выходах у формирователей 7 и 8 формируются сигналыединичному значению кото-. рых соответствует положительное отно- сительнО своей постоянной составляющей значение цифрового кода сигнала ФотоцреобразоватИля, а нулевому значе. пию - отрицательное, Определение моментон герехода от нулевого к единичному и от единичного к нулевому значениям сигнала у осуществляется с поступлением управляющего сигнала С с входа сравнивающего устройства АЦП, т,е. н момент изменения выходного кода АЦП. При изменении сигнала у формируется сигнал Й, который с выходов Формирователей 7 и 8 поступает наф входблоков 9 и 10 коррекции соответственно. По сигналу 1 происходит14203644где Ц - сигнал управления блоком 11деления, формируемый блоком13 формирования сигнала псалгоритму 1, если А В,О, если АВ,ХагсСР,Х 2 еслиОиРО,Х 2вгсЩХ30 еслиООиР ,Х 2агсСяХ если.О и Р Уф Уъ УУг + У У + У У + У 3 11 + +у у, Ц +у, у Ц 1 +у у, Ц 1 У У 2 УУ 2 У У + У У + У У+ +у у 2 Б +УР уБ 1 +у у, Ц запоминание значения выходного кода АЦП, которое в этот момент соотнетствует значению постоянной составляющей сигнала фотопреобраэователя.5 В дальнейшем осуществляется коррекция значения сигнала фотопреобразователя на значение постоянной составляющей. Цифровые сигналы без постоянных составляющих с выходов Я блоков 9 и 1 О коррекции поступают на информационные входы блока 13 формирования сигнала и блока 11 деления. В блоке деления осуществляется деление меньшего числа на большее. С выхода блока 1 деления результат деления подается на информационный нход блока 12 вычисления обратных тригонометрирических функций агсС или агсс 1, на выходе которого формируется цифровой код дробной части интерференционной полосы. Алгоритм вычисления дробной части интерференционной полосы записывается как 25Хвгс 1 д - , если Ои Р,Х 2 Работа формирова 1 елей 1 и 8 основана на анализе количества импульсов 45 тактового генератора АЦП, поступивших в счетчик между последовательными срабатываниями сравнивающего устройства следящего АЦП,и анализе соотношения значений кодов сигнала фотопреобразо 50 вателя, соответствующих тем же моментам срабатывания сравнивающих устройств АЦП. Анализируются количество импульсов и значения кодов сигнала фотопреобразонателя, соответствующие текущему моменту срабатывания срав 55 нивающего устройства АЦП и двум предыдущим срабатываниям. Запоминание текущего и двух предыдущих значений где А и В - значения информационныхсигналон на входах А и Вблока 13 формированиясигналаР - сигнал управления блокомвычисления обратных тригонометрических функций,формируемый элементамиИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 и 17по алгоритму Р = Ь, О+ у,) О+где у, и у - сигналы с выходов уформирователей 1 и 8 соответственно.С ныходон у формирователей 1 и и с выхода блока 13 формирования сигнала поступают на входы комбинационной логической схемы 14 на выходе которой формируются две последовательности импульсон у и у-поступающих соответственно на суммирующий и нычитающий входы реверсивного счетчика 15. Алгоритм формирования сигналов у+ и у записывается как содержимого счетчика 18 осуществляется в регистре 19 сдвига, где О.1текущее значение содержимого счетчика; Ц 2 - содержимое счетчика, соответствующее предыущему моменту, ".3 содержимое счетчика, соответствующеемоменту, предшествующему ч 2. Записьтекущего содержимого счетчика осуществляется сигналом С, поступающимот сравнивающего устройства АЦП:Одновременно этим же сигналом записывается текущее значение цифрового кодасигнала фотопреобраэонателя н регситр24 сдвига и устанавливается и единичноесостояние триггер 33. Этот же сигналпоступает в схему 23 задержки время14203задержки которой равно общему времени установления всех элементов формирователя. Высокий уровень сигнала с прямого выхода триггера 33 подго 5 тавливает прохождение сигнала с выход схемы 23 задержки через элементы 28, 29 и 32. Выход Я 1 регистра 24 сдвига соответствует текущему значению сигнала фотопреобразователя, 10 ч 2 - предыдущему, ЦЗ - предшествующему 2. Первая и вторая схемы 20 и 21 сравнения кодов формируют сигналы сравнения, поступающие на вход первой логической схемы 22, которая фор мирует два сигнала О и Н по алгоритмам:где, р, 1,К, в , и - входные сигналы, соответствующие одноименным входам логи ческой схемы 22; 25С и Н - сигналы, соответствующим выходам С и Н логической схемы 22.Высокий уровень сигнала С формируется, если последовательно происходило уменьшение, а затем увеличениесодержимого счетчика 18, в противномслучае формируется сигнал Н.Высокий уровень сигнала Н поступает на вход элемента ЗИЛИИ 32 и да 35лее на сдвигающие входы регистров 19и 24, сдвигая их содержимое на одиншаг, на входы В счетчика 18 и триггера 33, сбрасывая их в нулевое состояние. Изменения состояния триггера 3040не происходит, и схема возвращаетсяв исходное состояние.Высокий уровень сигнала фотопреобразователя, поступающий на входыэлементов И 28 и 29, подготавливает45установку триггера 30. Одновременноеформирование высоких уровней сигналов С и Н невозможно,Третьей и четвертой схемами 25 и26 сравнения кодов осуществляется 50сравнение текущего и двух предыдущихзначений сигнала фотопреобразователя.Выходы схем сравнения соединены свходами второй логической схемы 27,которая формирует три сигнала по 55алгоритмам:Ч= (",+ ес,К = с 1 а; 64 6Е = й(с + Ь)1 И + е) (а + Ь), гдеа, Ь, с, с 1,е, Г - входные сигналы, соответствующие одноименным входам логической схемы 27,Ч, К, Е - выходные сигналы, соответствующие одноименным выходам логической схемы 27.Формирование высокого уровня сиг- налов Ч или К при наличии высокого уровня сигнала О подготавливает изменение состояния триггера 30 и соответствует моменту равенства значе" ния цифрового кода входного сигнала формирователя значению постоянной составляющей сигнала фотопреобразователя. Сигнал установки триггера 30 формируется после поступления задержанного сигнала со схемы 23 задержки и поступает одновременно на элемент ИПИ 31 и далее на выход Ь формирователя и на вход элемента ЗИЛИ 2 И 32. Сигнал с выхода элемента ЗЮ 1 ЙИ 32 сдвигает содержимое регистров 19 и 24 на один шаг и сбрасывает счетчик18 и триггер 33. При формировании вы-. сокого уровня сигнала Е состояние триггера 30 не изменяется, сигнал Е поступает на вход элемента ЗИЛИИ 32, выходной сигнал которого сдвигает содержимое регистров 19 и 24 на один шаг и сбрасывает счетчик 18 и триггер 33. Одновременное формирование высокого уровня сигналов Ч, К, Е невозможно, После поступления сигнала с выхода элемента ЗИЛИИ 32 схема формирователя приходит в исходное состояние и готова к отработке следующего цикла, который начинается с приходом сигнала С от сравнивающего устройства АЦП.Блок 9(10) коррекции работает следующим образомЦифровой код аигнала фотопреобразователя с выхода АЦП поступает на вход сдвигающего регистра 35 (фиг. 3). С приходом сигнала С от сравнивающего устройства АЦП содержимое регистра 35 сдвигается на один шаг и после задержки в схеме 38, определяемой временем установления регистра сдвига, задержанный сигнал записывает в регистр 35 новое значение кода сигнала фотопреобразователя. Выход Я 1 соответствует текущему значению сигнала, а вход 2 - предыдущему значению сигнала фотопреобразователя. Сигналомформируемым в формирователе 1 или 8, в регистр 36 записывается значение постоянной составляющей сигнала фото- преобразователя. В сумматоре 31 осуществляется вычитание из текущего значения сигнала фотопреобразователя значения его постоянной составляющей. Значение постоянной составляющей мо- ,0 жет корректироваться через половину периода сигнала фотопреобразователя или через четверть длины волны излучения лазера интерферометра, что обеспечивает текущую коррекцию 15постоянных составляющих сигналов фотопреобраэователей.Блок 13 формирования сигнала (фиг. 4) состоит из схемы 39 сравнения кодов, иа входы которой посту пают скорректированные значения сигналов фотопреобразователей. Э-триггером 40, включенным в счетном режиме, фиксируются моменты равенства сигналов фотопреобраэователей. 25Сигнал 11 с выхода блока 13 формирования сигнала и сигналы с выходов формирователей 1 и 8 обеспечивают формирование счетных импульсов с дискретностью одной шестнадцатой 30 длины волны излучения лазера. В пределах этой дискретности вычисляется значение дробной части интерференционной полосы.формула изобретения 35Цифровое устройство для измерения порядка интерференции, содержащее два канала, каждый из которых состоит из фотопреобразователя, нор мирующего усилителя, вход которого соединен с выходом фотопреобразователя, аналого-цифрового преобразователя и блока формирования сигнала,комбинационную логическую схему,входы которой соединены с сигнальньми выходами формирователей и Гло -ка формирования сигнала, реяерсивный счетчик, входы которого соединены с выходами комбинационной логической схемы, блок деления, блоквычисления обратных тригонометчески функций агсСд или агсс 1, входкоторого соединен с выходом блокаделенияпервый двухвходовый элементИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого подключены к сигнальным входам формирователей, второй двухвходовый элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, устройствоснабжено двумя блоками коррекции,информационные входы которых соединены с выходами аналого-цифровых пре.образователей каналов, первые управляющие входы блоков коррекции соединены с управляющими выходами формирователей, информационные выходыблоков коррекции соединены с информационными входами блока деления и блока формирования сигнала, выход блока формирования сигнала подключен куправляющему входу блока деления ипервому входу второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которогосоединен с выходом первого элементаИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход - с управляющим входом блока вычисления обратных тригонометрических функций,входы аналого-цифровых преобразователей соединены с информационными входами формирователей, а выходы сравнивающих устройств аналого-цифровыхпреобразователей соединены с управляющими входами формирователей и вторыми управляющими входами блоковкоррекции каналов.1420364 с.З А иг едактор А нин Заказ 4316/42 ира осударственного комитета СССРам изобретений и открытийква, Ж, Раушская наб., д. Производственно-полиграфическое предприятие, г. нгоро Проектная, 4 ВНИИП по 113035, Соста Техр С, Валилийнык Корректор И, МускмПодписное