Принципы измерения расстояний и линейных перемещений

С О Д Е Р Ж, А Н И Е

Принципы измерения расстояний и линейных перемещений…3

2 Описание принципа работы и оптических схем интерферометров

со счетом полос…5

2.1 Интерферометр со счетом полос на основе квадратурных сигналов…5

2. Интерферометр со счетом полос на основе частотной модуляции…7

3 Исследование погрешности измерения перемещений…10

1. Анализ основных состовляющих погрешности измерения

перемещений

3.2 Исследование погрешности показателя преломления воздуха…11

3. Определение погрешности измерения расстояния…12

3.4 Определение положения ближней и дальней зоны…14

ПРИЛОЖЕНИЯ…15

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …25

1. Принципы измерения расстояний и линейных перемещений

Обобщенная схема измерения расстояний и линейных перемещений

посредством ЛИС на основе двухлучевого интерферометра изображена

на рис. 1а.

Рассматривая принципы и методы измерения, излучение лазера 1

будем считать идеальной плоской волной.

Интерферометр, состоящий из светоделителя 2, опорного отра-

жателя 3 и измерительного отражателя 4, настроен на бесконечно

широкую полосу. Интенсивность интерференционного сигнала I на фо-

топриемнике 5 изменяется по закону (рис. 1б)

I=I₀+I_~* COS (??L??), (1)

где I₀ и I_~ — постоянная составляющая и амплитуда переменной сос-

тавляющей сигнала соответственно; 2L - геометрическая разность

хода интерферирующих пучков;? — длина волны излучения.

Расстояние от нуля интерферометра О до измерительного отра-

жателя 4:

где P — порядок интерференции,? — фаза интерференционного сигна-

ла I, определяемого формулой (1).

2 Описание принципа работы и оптических схем интерферометров со

Метод счета полос заключается в измерении (счете) числа пе-

риодов изменения интерференционного сигнала при изменении ГРХ.

Для предотвращения ложного счета вследствие механических вибраций

и турбулентности воздуха осуществляют реверсивный счет, при кото-

ром определяют знак каждого счетного периода приращения порядка

интерференции.

Применяют два способа реверсивного счета полос.

Квадратурными называют два сигнала, содержащие информацию об

одной и той же ГРХ, но сдвинутые по фазе на ?/2:

I₁(t)=I1₀+I1_~*COS[?(t)] ,

(3)

I₂(t)=I2₀+I2_~*SIN[?(t)] .

Фиксируя пересечения сигналами (3) среднего уровня (рис. 2б),

измеряют приращения ГРХ c дискретой ?/4. Знак каждой дискреты оп-

ределяют по фазовому сдвигу между сигналами, который в зависимости от направления изменения ГРХ равен ?/2 или 3? /2.

На рис. 2а изображена схема ЛИС, где квадратурные сигналы

получают оптическим способом. Плоскость поляризации излучения од-

ночастотного лазера 1 составляет угол 45⁰ с плоскостью чертежа.

Фазовая пластина ?/8 — позиция 3, одна из собственных осей кото-

рой лежит в плоскости чертежа, вносит в интерферометр, образован-

ный светоделительной призмой-куб 2 и отражателями 4, разность

ГРХ, равную? /4, для составляющих излучения лазера параллельной и

перпендикулярной плоскости чертежа. Поляризационная призма-куб 6