СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО ЛАЗЕРНОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА

Система регистрации для оптического лазерного интерферометра
Полезная модель относится к измерительной технике, а именно, к системам регистрации для оптико-интерференционных устройств, например, к системе регистрации для лазерного интерферометра-деформографа или лазерно-интерференционного гидрофона, которые могут быть использованы в геофизике, сейсмологии, в различных технологических процессах, а также в гидрофизике, гидроакустике и океанологии.
Конструктивные особенности систем регистрации интерферометрических данных наряду с оптической схемой во многом определяют характеристики лазерных интерферометров.
Известна следящая система для оптических интерферометров (а.с. SU №720292), содержащая дискриминатор положения интерференционных полос и подключенный к нему фотоэлектрический дифференциальный усилитель. Дискриминатор выполнен в виде прозрачно-отражающего растра и снабжен средством перемещения, которое через усилитель мощности и интегратор подключено к выходу дифференциального усилителя.
Основным недостатком известной регистрирующей (следящей) системы является ограниченность частотного диапазона механическими свойствами используемых элементов. Кроме этого, система чувствительна к воздействиям таких внешних мешающих факторов, как флуктуация пучка, нестабильность оптических элементов интерферометра, что существенно снижает точность измерений.
Известны аналоговые системы регистрации для оптических лазерных интерферометров, которые выполнены на принципе экстремального регулирования. Система регистрации вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный изменению оптического пути луча лазера, путем анализа интерференционной картины на фотоприемнике.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является аналоговая система регистрации содержащего по крайней мере два пьезокерамических цилиндра оптического лазерного интерферометра-деформографа, выполненная на основе принципа экстремального регулирования со вспомогательной модуляцией. Известная система состоит из генератора опорного напряжения и резонансного усилителя, соединенных с системой обработки данных, которая через усилитель мощности связана с одним из пьезокерамических цилиндров, обеспечивая обратную связь системы. Другой пьезокерамический цилиндр, обеспечивающий ввод вспомогательной модуляции в
систему, соединен с генератором опорного напряжения. Резонансный усилитель включает фотоприемник и полосовой фильтр. Система обработки данных состоит из фазосдвигающего устройства, системы сброса допустимого уровня напряжения, интегрирующего звена и фазового детектора. (Долгих Г.И. Исследование волновых полей океана и литосферы лазерно-интерференционными методами. Владивосток: Дальнаука, 2000. 160 с.)
Однако известная конструкция не обладает достаточной помехозащищенностью и надежностью ввиду того, что выходной сигнал системы имеет аналоговый вид. По этой же причине требуется дополнительно оцифровывать сигнал для записи на ЭВМ.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение помехозащищенности, надежности конструкции путем создания цифро-аналоговой системы регистрации.
Поставленная задача решается системой регистрации для оптического лазерного интерферометра, содержащего, как минимум, два пьезокерамических цилиндра, которая включает генератор опорного напряжения и резонансный усилитель, соединенные с системой обработки данных, связанной через усилитель мощности с одним из пьезокерамических цилиндров, другой пьезокерамический цилиндр соединен с генератором опорного напряжения, при этом резонансный усилитель состоит из фотоприемника, полосового фильтра и дополнительно содержит электронное устройство, реализующее сигнум-функцию, а система обработки данных выполнена на основе персонального компьютера с цифро-аналоговым преобразователем.
На фиг приведена блок-схема заявляемого устройства, где 1 - генератор опорного напряжения; 2 - резонансный усилитель, в котором 3 - фотоприемник, 4 - полосовой фильтр, 5 - электронное устройство, реализующее сигнум-функцию; 6 - система обработки данных, в которой 7 - персональный компьютер, 8 - цифро-аналоговый преобразователь; 9, 10 - пьезокерамические цилиндры с закрепленными на них зеркалами; 11 - усилитель мощности; 12 - светоделительная пластина; 13 - отражатель.
Устройство работает следующим образом:
Излучение генерируется лазером (на фиг. не показан) и, пройдя через светоделительную пластину (12), расщепляется на два пучка. Один из них проходит на зеркала пьезокерамических цилиндров (9) и (10), а другой попадает на отражатель (13), отражаясь от которого, луч совмещается с отраженным зеркалами лучом в плоскости резонансного усилителя (2), образуя интерференционную картину. Резонансный усилитель (2) выделяет сигнал, имеющий частоту опорного генератора (1). Сигналы, поступающие от генератора (1) и резонансного усилителя (2), подают на параллельный порт компьютера (7). Сигнал генератора (1) подают также на пьезокерамический
цилиндр (9), вводя в систему вспомогательную модуляцию. При изменении разности хода лучей в плоскости резонансного усилителя (2) яркость интерференционной картины изменяется, если ранее в плоскости фотоприемника (3) существовал интерференционный максимум (минимум). При отклонении от экстремума разность фаз сигналов, поступающих от генератора опорного напряжения (1) и от электронного устройства (5), принимает два значения, отличающиеся на 180°. (Справочник по теории автоматического управления. Издательство «Наука»,1987 г., с.527-533). Компьютер (7) на основании изменения разности фаз сигналов от генератора (1) опорного напряжения и резонансного усилителя (2) изменяет напряжение на выходе цифро-аналогового преобразователя (8) таким образом, чтобы напряжение усилителя мощности (11) изменило линейные размеры пьезокерамического цилиндра (10) на величину, достаточную для внесения такой разности хода лучей, которая обеспечит возникновение в плоскости резонансного усилителя (2) интерференционного максимума (минимума). Цепь обратной связи системы регистрации осуществляют посредством усилителя мощности (11) и пьезокерамического цилиндра 10. Компьютер (7), таким образом, обеспечивает непрерывное удержание в плоскости резонансного усилителя (2) экстремальной величины освещенности. Величина напряжения на выходе цифро-аналогового преобразователя (8), записываемая на жесткий диск компьютера 7 с заданной частотой, представляет собой выходной сигнал в цифровом виде.
Конкретное аппаратурное оформление устройства, в том числе, генератор опорного напряжения, резонансный усилитель, усилитель мощности, система обработки является стандартным и зависит от используемого оптического лазерного интерферометра с пьезокерамическими цилиндрами, поставленной задачи измерений, необходимой точности и условий использования.
В качестве электронного устройства, реализирующего сигнум-функцию, используют, например, компаратор с гистерезисом.
В системе обработки данных используют персональный компьютер IBM PC с частотой процессора не менее 16 Мгц, имеющий параллельный (LPT) или последовательный (СОМ) порты ввода-вывода, с цифро-аналоговым преобразователем, выполненным в виде отдельной платы, например L-783, производитель: L-Card.
Таким образом, за счет создания цифро-аналоговой системы регистрации для оптического лазерного интерферометра обеспечивается повышение помехозащищенности и надежности заявляемой системы, т.е достигается заявленный технический результат.