ШИРОКОДИАПАЗОННЫЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ НЕРАВНОПЛЕЧНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННОЙ ЗАВИСИМОСТИ СКОРОСТИ ОБЪЕКТА

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники и предназначена для измерения временной зависимости скорости поверхности быстродвижущегося объекта. Система может быть использована в высокоточных измерительных устройствах.
Известен интерферометр для измерения скорости, включающий устройство для ввода излучения в интерферометр, линию задержки, два делительных и два 100% зеркала (P.М. Celliers, D.К. Bradley, G.W. Collins, and D.G. Hicks, Review of scientific instruments, Vol. 75, No. 11).
Недостатками данного интерферометра является отсутствие многоканального режима измерений и узкий диапазон измерения скоростей.
Наиболее близким по техническим характеристикам и принятым в качестве прототипа является мультиточечный интерферометр для измерения скоростей объектов, содержащий многоканальное оптическое устройство для ввода излучения в оптическую схему, держатель линии задержки, линию оптической задержки со полупрозрачным отражающим покрытием на одной из граней, зеркала со 100% отражающей способностью, пьезоэлектрический микропозиционер, фазовую пластину (Kevin J. Fleming and Theresa A. Broyles, October 2003, SANDIA REPORT SAND2003-3759)
При работе устройства лучи, отраженные от объекта, с помощью многоканального оптического устройства ввода излучения направляются на полупрозрачную грань линии задержки, на которой происходит деление излучения на два пучка, которые отражаются от соответствующих отражающих (100%) зеркал и возвращаются на светоделительную поверхность, где сбиваются. Одно из 100% зеркал закреплено на пьезоэлектрическом микропозиционере. Путь одного из лучей проходит по воздуху, а на пути другого расположена линия задержки из материала с отличным от воздуха показателем преломления, размещенная на держателе. Фазовая пластина расположена перед одним из 100% зеркал.
Не смотря на то, что данный интерферометр, в отличие от рассмотренного ранее (P.М. Celliers, D.К. Bradley, G.W. Collins, and D.G. Hicks, Review of scientific instruments, Vol. 75, No. 11), позволяет работать в различных диапазонах скоростей, и реализует многоканальный режим, в нем присутствуют недостатки. Для изменения диапазона измерений прибора необходимо осуществлять смену линий задержки. При этом необходимо установить в держатель другую линию задержки. Эффективность измерения скорости зависит от величины интерференционного контраста, а достижение максимального интерференционного контраста возможно только в результате настройки интерферометра в режим бесконечно широкой полосы, т.е. выполнения условия:
где L - разность геометрических путей света в двух плечах интерферометра, l - длина линии задержки, n - показатель преломления материала линии задержки. Для выполнения условия (1) после установки линии задержки приводятся в движение 50% и/или 100% зеркала. Юстировка проводится по углу и пространственно до тех пор, пока на светоделительном зеркале не будет достигнут режим бесконечно широкой полосы, после чего возможно приступить к измерениям.
Таким образом, смена линии задержки в данной системе является длительным и многоэтапным процессом.
В результате недостатками данного прототипа являются длительное время проведения измерений, связанное с необходимостью проведения дополнительной юстировки при смене линии задержки.
Технический результат состоит в уменьшении времени проведения измерений при обеспечении многоканального режима регистрации данных.
Для реализации указанного технического результата предложен широкодиапазонный многоканальный неравноплечный интерферометр для измерения временной зависимости скорости нескольких различных точек объекта или нескольких объектов, подверженных идентичному ускорению. Интерферометр включает в себя многоканальное оптическое устройство ввода излучения, пьезоэлектрический микропозиционер, два зеркала со 100% отражающей способностью, фазовую пластину, линию оптической задержки, на одну из граней которой нанесено полупрозрачное отражающее покрытие, держатель линии задержки, при этом держатель линии задержки, имеющий П-образную форму, кроме того содержащий модуль для крепления линии оптической задержки и общие направляющие для фиксации на них держателя П-образной формы и двух зеркал.
Линия оптической задержки закреплена в модуле так, что бы при его установке в держатель П-образной формы выполнялось условие (1) без проведения дополнительной юстировки. Выполнение условия (1) обеспечивает работу интерферометра в режиме бесконечно широкой полосы, что приводит к достижению максимального интерференционного контраста и, как следствие, высокой эффективности при детектировании скорости объекта, позволяет уменьшить время проведения измерений.
Пример конкретной реализации устройства представлен на фиг. 1. Устройство включает в себя многоканальное оптическое устройство ввода излучения, в качестве которого в данном случае используется коллиматор, 1, пьезоэлектрический микропозиционер 2, зеркала 3, 4 со 100% отражающей способностью, фазовую пластинку 5, линию оптической задержки 6 с нанесенным на одну из ее граней 50% отражающим покрытием, сменный модуль 7 для крепления линии оптической задержки, держатель П-образной формы 8 для фиксации сменного модуля 7, общие направляющие 9 для фиксации держателя П-образной формы 7 и 100% зеркал 3 и 4.
Устройство работает следующим образом.
Излучение, отраженное от исследуемого объекта, вводится в систему с помощью коллиматора 1 и направляется на зеркало 4, проходя через линию задержки 6, закрепленную в модуле 7 так, чтобы выполнялось условие (1). Попадая на 50% отражающее покрытие на грани линии задержки 6, луч делится на два. Один из полученных лучей попадает на зеркало 4, другой на зеркало 3. Луч, направленный на зеркало 4 дважды проходит фазовую пластинку 5. Зеркала 3 и 4 направляют лучи на 50% отражающее покрытие грани линии задержки 6, где они совмещаются. Пьезоэлектрический микропозиционер 2, на котором закрепляется зеркало 4, позволяет поворачивать зеркало по двум углам, для дистанционной корректировки положения зеркала.
При необходимости смены линии задержки модуль с линией задержки 7 вставляется в держатель П-образной формы 8, который закреплен на общих направляющих 9 вместе с зеркалами 3 и 4. Поскольку линия задержки закреплена в модуле таким образом, чтобы выполнялись условия (1), то смещения 100% зеркал 3 и 4 не требуется.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет обеспечить многоканальный режим работы, и одновременно уменьшить время проведения измерений системы.