способ автоматической интерполяции порядка интерференции и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ автоматической интерполяции порядка интерференции, заключающийся в том, что измеряемое перемещение преобразуют с помощью оптико-электронного преобразователя в n интерференционных сигналов, сдвинутых по фазе на / n формируют из n сигналов 2n импульсов на каждый порядок интерференции, отличающийся тем, что, с целью упрощения преобразования, в интерференционном преобразователе осуществляют формирование двух электрических сигналов, сдвинутых по фазе на / 2 и третьего сигнала, полученного инверсией одного из двух, преобразуют три электрических сигнала в резистивном делителе и получают электрических сигналов, сдвинутых по фазе на / n

2. Устройство автоматической интерполяции порядка интерференции, содержащее интерференционный преобразователь, включающий лазер, два отражателя, светоделитель, оптический клин, акустооптический модулятор, фотоприемник, и электрическую схему, включающую генератор, два балансных смесителя, логический блок, реверсивный счетчик и индикатор, и схему формирования, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, схема формирования выполнена в виде резистивного делителя с шестнадцатью сопротивлениями и инвертора, выходы балансных смесителей связаны с резистивным делителем, таким образом, что выход одного балансного смесителя подключен к одному концу делителя непосредственно, а к другому концу - через инвертор, а выход другого балансного смесителя связан со средней точкой делителя, выходы резистивного делителя связаны с логическим блоком, а выход логического блока связан с реверсивным счетчиком.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к лазерной интерферометрии, и может быть использовано для определения дробной части интерференционной полосы в лазерном интерферометре.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ, заключающийся в том, что измеряемое перемещение преобразуют с помощью оптико-электронного преобразователя в n интерференционных сигналов, сдвинутых по фазе на /n, формируют из n сигналов 2n импульсов на каждый порядок интерференции. Устройство, реализующее способ, содержащее интерференционный преобразователь, включающий лазер, два отражателя, светоделитель, оптический клин, акустооптический модулятор, фотоприемник и электрическую схему, включающую генератор, два балансных смесителя, логический блок, реверсивный счетчик и индикатор, и схему формирования.

Целью изобретения является упрощение электрической схемы.

Цель достигается тем, что в интерференционном преобразователе осуществляют формирование двух электрических сигналов, сдвинутых по фазе на /2, и третьего сигнала, полученного инверсией одного из двух, преобразуют три электрических сигнала в резистивном делителе, и получают n электрических сигналов, сдвинутых по фазе на /n.

В устройстве, реализующем способ, схема формирования выполнена в виде резистивного делителя с шестнадцатью сопротивлениями и инвертора, выходы балансных смесителей связаны с резистивным делителем таким образом, что выход одного балансного смесителя подключен к одному концу делителя непосредственно, а к другому концу - через инвертор, а выход другого балансного смесителя связан со средней точкой делителя, выходы резистивного делителя связаны с логическим блоком, а выход логического блока связан с реверсивным счетчиком.

На фиг. 1 представлена схема, поясняющая способ автоматической интерполяции порядка интерференции; на фиг. 2 - устройство, реализующее способ.

Согласно схеме, с выхода интерференционного преобразователя 1 поступают два сигнала, сдвинутых по фазе на /2.

U₁ = U_max sin(kX),

U₂= U_maxsin(kX + )= U_maxcos(kX), (1) где k = - оптическое волновое число;

- длина волны света;

U_max - амплитуда напряжения;

Х - измеряемое перемещение.

После инвертирования сигнала U₁ на выходе инвертора 2 появится сигнал

=U_maxsin(kX+) (2)

Сигналы 1, 2 подаются на резистивный делитель 3, на выходе которого получаются сдвинутые по фазе на /n сигналы. Резистивный делитель 3 состоит из n сопротивлений.

Сигналы, снимаемые с верхних по схеме n/2 сопротивлений, описываются выражениями:

U_m= R_iU_maxsin kX+R_iU_maxcos kX=V_mU_maxsin (kX+ ), (3) где V_m= ,

a_m=R_i, b_m=R_i,

tg = .

Для сигналов, снимаемых с нижних сопротивлений запишется такой же ряд сигналов, аналогичный (3), только все фазовые члены увеличатся на /2.

Сигналы (3) поступают в логический блок 4, где из n сигналов получают 2n импульсов на порядок интерференции. Импульсы поступают на реверсивный счетчик 5 с индикатором 6.

Направление перемещения анализируется в логическом блоке по опережению или запаздыванию любых двух сигналов.

Индикатор представляет информацию о перемещении в дробных долях длин световых волн /2n в цифровом виде.

Таким образом, вместо n балансных смесителей в данном способе используется всего два и применение резистивного делителя упрощает схему.

Устройство работает следующим образом. Излучение монохроматического источника 1 разделяется на светоделительной грани куба 2 на два пучка - измерительный и опорный. Отразившись от измерительного 3 и опорного 4 отражателей, световые пучки совмещаются на светоделительной грани куба под углом , задаваемым оптическим клином 5. Угол выбирается равным углу дифракции световых волн на ультразвуке. После прохождения измерительного и опорного каналов интерферометра световые волны падают на акустооптический модулятор 6, в котором один из световых потоков, предположим, опорного канала, получают сдвиг оптической частоты (_o+_o), а затем вместе с измерительным потоком частоты _o подается на фотоприемное устройство 10, где на частоте модуляции выделяется электрический сигнал

U_ф(t) = U_max cos (_o t + kX). (4)

Генератор 7 стабильной частоты вырабатывает электрические сигналы опорной частоты _o. На выходах генератора сигналы описываются выражениями

U_c = U_max cos (_o t),

U_s = U_max sin (_o t). (5)

Один из сигналов (5) подается на излучатель 9 ультразвуковых волн, создающий в акустооптическом модуляторе бегущие звуковые волны 8.

Сигналы U_c, U_s, сдвинутые на /n по фазе, подаются на входы балансных смесителей 11, на вторые входы которых подается сигнал (4) с фотоприемника. С выходов балансных смесителей сигналы U_c, U_s, сдвинутые по фазе на /2 подаются на резистивный делитель 13, состоящий из 16 сопротивлений таким образом, что прямой и инверсный сигналы с одного балансного смесителя подключены к противоположным концам делителя, а выход другого балансного смесителя связан со средней точкой делителя. Инвертор 12 сдвигает сигнал U_s по фазе на 180.

Снимаемые с каждого сопротивления электрические сигналы сдвинутые по фазе на /n. Величины сопротивлений R1-R4, рассчитываются из системы уравнений:

= tg ,

= tg , (6)

^{_= tg} .

Сопротивления R₅-R₈ равны соответственно R₄-R₁. Поэтому для R₁ = 1 остальные сопротивления, рассчитанные по формулам (6), пропорциональны следующим коэффициентам R₁ = 1, R₂ = 0,765, R₃ = 0,65, R₄ = 0,6, R₅ = 0,6, R₆ = 0,65, R₇ = 0,765, R₈ = 1.

Остальные 8 сопротивлений равны первым 8 сопротивлениям.

На выходе резистивного делителя сигналы описываются выражениями:

U₁ = U_max cos (kX),

U₂=U_maxcos(kX+ ), (7)

U₃=U_maxcos(kX+ ),

. . . . . .

^U16^=Umax^cos(kX+ .

С выхода резистивного делителя сигналы (7) подаются на логический блок 14, в котором формируются 32 импульса на каждый порядок интерференции. За счет двойного хода луча дискретность отсчета перемещений составляет /64. В качестве устройства цифровой индикации 15 применяется серийный блок К525.