способ подсчета порядка интерференции и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ подсчета порядков интерференции, заключающийся в том, что измеряемое перемещение преобразуют с помощью оптико-электронного интерференционного преобразователя в n интерференционных сигналов, сдвинутых на / n по фазе, два из которых управляют реверсивным счетом интерференционных полос во время перемещения объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и помехоустойчивости, из n интерференционных сигналов формируют параллельный код Грея и представляют им младшие разряды индикации, соответствующие дробной части интерференционной полосы, формируют код, пропорциональный целому числу интерференционных полос, подсчитанных во время перемещения объекта, и представляют им старшие разряды индикации.

2. Устройство для подсчета порядка интерференции, содержащее лазер, светоделительный кубик, опорный и измерительный уголковые отражатели, модулятор, оптический клин, фотоприемник, блок цифровой индикации, n балансных смесителей, генератор стабильной частоты, n синхронных выходов которого связаны с входами балансных смесителей, а вторые входы балансных смесителей связаны с выходом фотоприемника, и логический блок, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и помехоустойчивости, оно снабжено n триггерами Шмитта, выходы балансных смесителей через триггеры Шмитта соединены с логическим блоком, выходы младших разрядов логического блока связаны с младшими разрядами блока индикации, а старшие разряды через реверсивный счетчик - со старшими разрядами блока индикации.

Описание изобретения к патенту

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

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 на /n по фазе, два из которых управляют реверсивным счетом интерференционных полос во время перемещения объекта.

Цель изобретения - повышение быстродействия и помехоустойчивости.

Указанная цель достигается тем, что из n интерференционных сигналов формируют параллельный код Грея и представляют им младшие разряды индикации, соответствующие дробной части интерференционной полосы, формируют код, пропорциональный целому числу интерференционных полос, подсчитанных во время перемещения объекта, и представляют им старшие разряды индикации.

Устройство для подсчета порядка интерференции, содержащее лазер, светоделительный кубик, опорный и измерительный уголковые отражатели, модулятор, оптический клин, фотоприемник, блок цифровой индикации, n балансных смесителей, генератор стабильной частоты n синхронных выходов которого связаны с входами балансных смесителей, а вторые входы балансных смесителей связаны с выходом фотоприемника, и логический блок, снабжено дополнительно n триггерами Шмитта. Выходы балансных смесителей через триггеры Шмитта соединены с логическим блоком, выходы младших разрядов логического блока связаны с младшими разрядами блока индикации, а старшие разряды через реверсивный счетчик - со старшими разрядами блока индикации.

На фиг. 1 представлена схема, поясняющая способ подсчета порядков интерференции; на фиг. 2 - устройство, реализующее способ.

Световой сигнал с интерференционного преобразователя 1, пропорциональный измеряемому перемещению Х, преобразуется в n интерференционных измерительных сигнала U₁-U_n, сдвинутых по фазе на /n: U_i=U_mcos(kX + ), (1) где k = k = - оптическое волновое число,

- длина волны света,

Х - измеряемое перемещение,

n - число инртерференционных сигналов.

Пусть два сигнала, сдвинутые по фазе на /2, подаются нар логическое устройство 2:

U_i=U_mcos(kX),

U_i+ =U_msin(kX). (2)

На выходе логического устройства 2 получают четыре импульса на порядок интерференции (период интерференционной полосы). Каждый импульс соответствует перемещению Х = /4, а с учетом двойного хода измерительного луча - . Импульсы поступают на реверсивный счетчик 3, который в зависимости от направления движения объекта производит сложение или вычитание импульсов и представляет информацию о перемещении в соответствующих дробных долях длины световых волн в виде цифрового кода. Направление перемещения анализируется в логическом устройстве 2, которое формирует сигналы прямой и обратный ход для реверсивного счетчика. Анализ направления производится по опережению или запаздыванию двух сигналов U_i и U_i+ , поступающих в логическое устройство 2. Полученный цифровой код отображается на индикаторе 4 в старших разрядах. Младшие разряды индикатора 4 формируются параллельным кодом Грея, который выделяет логический блок 5 после обработки сигналов. Параллельный код представляет информацию о перемещении внутри интервала с разрешением .

Таким образом, наличие параллельного кода Грея повышает помехоустойчивость системы и ее быстродействие.

Устройство, реализующее способ подсчета порядков интерференции, работает следующим образом. Излучение лазерного источника 6 разделяется на светоделительной грани куба 7 на два пучка - измерительный и опорный. Отразившись от измерительного 8 и опорного 9 отражателей, световые пучки совмещаются на светоделительной грани под углом , задаваемым оптическим клином 10. Угол выбирается равным углу дифракции световых волн на ультразвуке. После прохождения измерительного и опорного каналов интерферометра световые волны падают на акустооптический модулятор 11, в котором один из световых потоков, предположим, опорного канала, получает сдвиг частоты _o+_o а затем вместе с измерительным потоком частоты _o подается на фотоприемное устройство 12, где на частоте _o модуляции выделяется электрический сигнал

U_ф(t)=U_mcos(_otkX). (3)

Генератор 13 стабильной частоты вырабатывает 16 синхронных электрических сигналов, сдвинутых по фазе на . На выходах генератора сигналы описываются выражениями

U₁(t)=U_mcos(_ot),

U₂(t)=U_mcos(_ot+/16),

U₁₆(t)=U_mcos(_ot+15/16). (4)

Один из сигналов (4) подается на излучатель 14 ультразвуковых волн, создающий в акустооптическом модуляторе бегущие звуковые волны.

Сигналы (4), сдвинутые по фазе на подаются на входы шестнадцати балансных смесителей 15, на вторые входы которых подается сигнал (3) с фотоприемника. С выходов балансных смесителей 15 сигналы, сдвинутые по фазе на нулевой частоте поступают на триггеры Шмитта 16 и имеют вид:

U₁(t)=U_mcos(kX),

U₂(t)=U_mcos(kX+/16),

. . . . . . . (5)

U₁₆(t)=U_mcos(kX+15/16).

После триггеров Шмитта квадратурные сигналы (5) подаются в логический блок 17, где на базе элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ собран преобразователь квадратурных сигналов в код Грея. В соответствии с кодом Грея старшие разряды U₁(t) и U₉(t) имеют сдвиг фазы .

Эти сигналы подаются на вход формирователя 18 счетных импульсов. Вес каждого импульса равен с учетом двойного хода луча. С выхода формирователя 18 импульсы подаются на реверсивный счетчик 19, выход которого связан с индикатором 20 старших разрядов цифрового значения перемещения Х. Остальные младшие разряды кода Грея с выхода логического блока 17 передают информацию о перемещении внутри интервала с разрешением на индикатор 21.

Таким образом, добавляя к показаниям индикатора 20 показания индикатора 21, можно производить отсчет линейных перемещений Х с дискретностью .