ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и предназначена для измерения линейных перемещений по трем взаимоортогональным осям. Устройство может быть использовано в высокоточных измерительных и управляющих устройствах.
Известен интерферометр для измерения линейных перемещений, содержащий лазер, светоделитель, отражатель, устанавливаемый на измеряемом объекте, два фотоприемника и электронный блок обработки сигналов (Хитрин А.Х., Сундуков Е.М., Овсов Б.А. Интерферометрические устройства контроля линейных перемещений и их применение в технологическом оборудовании. М., ЦНИИ «Электроника», 1973, с.12-13.).
Недостатком интерферометра является низкая точность измерений, обусловленная тем, что частота измерительного сигнала может изменяться в очень широких пределах, начиная с нулевого значения, а также дрейфом энергетических параметров источника и приемников излучения.
Наиболее близким по технической сущности является интерферометр для измерения линейных перемещений, содержащий лазер, расщепитель лазерного излучения на два пучка, два светоделителя, два фотоприемника, два зеркала отражателя, и электронный блок обработки сигналов (SU 991152, 1981).
Недостатками этого интерферометра являются высокий уровень шумов, вызванный наличием фотоэлектрического преобразователя (фотоприемника) в опорном канале регистрации фазы и то, что данная система рассчитана на проведение измерения перемещений лишь по одной оси.
Задача, на которую направлена полезная модель, является создание интерферометра, выполненного с возможностью измерения линейных перемещений объекта по трем независимым координатам при использовании одного источника излучения, одного устройства сдвига частоты и одного генератора промежуточной частоты.
Обеспечиваемый полезной моделью технический результат- уменьшение собственных шумов системы благодаря исключению из опорного канала измерения фазы процедуры фотоэлектрической регистрации.
Указанный технический результат достигается тем, что системой из зеркал с различной отражающей способностью формируются три измерительных и три опорных канала, каждый из которых проводит измерение перемещений по соответствующей оси. Интерферометр содержит одночастотный лазер, акустооптический модулятор, формирующий опорное и измерительное плечи интерферометра, систему зеркал, жестко закрепленные на исследуемом объекте триппель-призмы, перед одной из триппель-призм, находящейся в плоскости оптической схемы, расположено поворотное зеркало, а перед триппель-призмой, находящейся в плоскости, ортогональной плоскости оптической схемы - зеркало, установленное под углом 45 градусов к плоскости оптической схемы, выполненный с возможностью поворота лазерного пучка на 90 градусов относительно плоскости оптической схемы, фотоприемники, подключенные к соответствующим измерительным входам фазометра, а также генератор сдвиговой частоты, связанный с акустооптическим модулятором и опорным входом фазометра.
Используемый в качестве опорного канала фазометра сигнал со второго выхода генератора позволяет повысить отношение сигнал/шум за счет устранения фотоэлектрического преобразования в опорном канале интерферометра.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена принципиальная схема интерферометра для измерения линейных перемещений. На фиг.2 приведен чертеж системы, созданной в соответствии со схемой, представленной на фиг.1.
Интерферометр содержит одночастотный лазер 1, установленные по ходу его излучения расщепитель лазерного излучения на два пучка и устройство сдвига частоты излучения, выполненное в виде акусто-оптического модулятора 2, плоские зеркала 3, 6, 9, 13, отражающие 100% падающего на них излучения, плоские зеркала 5, 8, 10, 11, 12, отражающие 50% падающего на них излучения, плоские зеркала 4, 7, отражающие 30% падающего на них излучения, триппель-призмы 15, 16, 17, зеркальный уголок 14, выполненный с возможностью поворота лазерного пучка на 90 градусов относительно плоскости оптической схемы,, фотоприемники 18, 19, 20, трехканальный фазометр 22 и генератор сдвиговой частоты 21.
Модулятор 2 представляет собой акустооптическую ячейку. При этом триппель-призмы 15, 16, 17 устанавливается на измеряемом объекте и жестко закрепляются на нем.
Интерферометр работает следующим образом.
Акустооптический модулятор 2 расщепляет излучение одночастотного лазера 1 на два пучка, распространяющихся под углом друг к другу, сдвигает частоту излучения одного из них по отношению к частоте излучения другого пучка и модулирует излучение обоих пучков по фазе, формируя таким образом опорное и измерительное плечи интерферометра.
Один из пучков падает на зеркало 3, которое направляет пучок к трем светоделительным зеркалам 7, 8, 9. Причем зеркало 7 пропускает 70% света, а 30% света отражает на светоделительное зеркало 10. Таким образом формируется первый канал опорного плеча интерферометра. Светоделительное зеркало 8 пропускает 50% оставшегося света а 50% света отражает на светоделительное зеркало 11. Таким образом формируется второй канал опорного плечо интерферометра. Светоделительное зеркало 9 отражает оставшуюся часть света на светоделительное зеркало 12, образуя тем самым третий канал опорного плеча интерферометра.
Другой (измерительный) пучок после акусто-оптического модулятора 2 направляется на светоделительные зеркала 4, 5, 6. Причем зеркало 4 пропускает 70% света, а 30% света отражает на зеркало 13, которое направляет свет на триппель-призму 15. Так формируется первый канал измерительного плеча интерферометра. Указанная триппель-призма 15 находится в плоскости оптической схемы, и перед ней расположено поворотное зеркало 13. Зеркало 5 пропускает 50% света, а 50% отражает на триппель-призму 16, формируя второй канал измерительного плеча. При этом триппель-призма жестко закреплена на исследуемом объекте в плоскости оптической схемы. Зеркало 6 отражает оставшуюся часть света на зеркальный уголок 14, направляющий свет вертикально вверх относительно плоскости оптической схемы на триппель-призму 17, формируя третий канал измерительного плеча.
Проходя в обратном направлении по измерительным плечам, отраженное от триппель-призм 15, 16, 17 излучение попадает соответственно на светоделительные зеркала 10, 11, 12, отражающие 50% падающего на них излучения, смешиваясь с излучением из опорных каналов. После смешения излучение измерительных и опорных каналов направляется соответственно к фотоприемникам 18, 19, 20.
Фотоприемники 18, 19, 20 формируют на своем выходе электрические сигналы, частота которых зависит как от величины сдвига частот излучений пучков, выходящих из акустооптического модулятора 2, так и от скорости перемещения триппель-призмы 15, 16, 17, установленных на измеряемом объекте. В результате этого частота сигнала на выходе фотоприемников 18, 19, 20 отличается от опорной и несет информацию о перемещении триппель-призм 15, 16, 17 соответственно.
Фазометр 22 сравнивает частоты электрических сигналов, поступающих в него с выходов фотоприемников 15, 16, 17 и генератора сдвиговой частоты 21, и фиксирует величину перемещения измеряемого объекта по каждой из трех осей в каждый момент времени.
Созданный интерферометр способен измерять линейные перемещения объекта по трем независимым координатам с высокой точностью.