Способ определения расстояния до поверхности объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении и приборостроении, в частности, при настройке и регулировке систем записи и воспроизведения информации. Цель изобретения - увеличение точности определения расстояния до поверхности объекта достигается за счет использования явления многолучевой интерференции. Световой пучок лазера 1 модулируется по интенсивности и спектральному составу и с помощью световода 2 направляется на поверхность 3 контролируемого объекта. В резонаторе, образованном поверхностью 3 и торцом световода 2, возникает многолучевая интерференция, аналогичная интерференции в резонаторе Фабри-Перо. Энергия светового пучка, отраженного от поверхности, с помощью отвода 4 подводится к устройству 5, которое выделяет сигнал второй гармоники частоты модуляции и измеряет его амплитуду, по величине которой определяют расстояние до поверхности 3. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО(4ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (ll) (51)4 С 01 В 11 4

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СОИДЕТЕЛЬСТВУ

Сл

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4235349/24-28 (22) 27.04.87 (46) 23. 10.89. Бюп. Р 39 (71) Уфимский авиационньй институт ин. Серго Орджоникидзе (72) И.М.Иакиров, В.Г.Гусев, P À.Тухватуллин и С.П.Ржевский (53) 531.7(088.8) (56) Заявка ФРГ 8 0S3322712, кл. G 01 В 11/14, 1983. (54) СПОСОБ ОПРЕДКЖИИЯ РАССТОЯНИЯ Д)

ПОВЕРХНОСТИ ОБЪККТА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в мапиностроении и IIpH боростроении, в частности, при настройке и регужвровке систем записи и воспроизведения информации. Цель изобретения — увеличение точности

2 определения расстояния до поверхности объекта достигается за счет использования явления многолучевой интерференции. Световой пучок лазера 1 модулируется по интенсивности и спектральному составу н с помощью световода 2 направляется на поверхность 3 контролируемого объекта. В резонаторе, образованном поверхностью 3 и торцом световода 2 ° возникает многолучевая интерференция, аналогичная интерференции в pesoнаторе Фабри-Перо. Энергия светового пучка, отраженного от поверхности, с помощью отвода 4 подводится к устройству 5, которое выделяет сигнал второй гармоники частоты модуляции и измеряет его амплитуду, по величине которой определяют расстояние до поверхности 3. 1 ил;

1516775

Явления, возникающие между торцом 45 световода 2 и поверхностью 3, можно представить моделью многолучевой интерференции в открытом резонаторе

Фабри — Перо, коэффициент пропускания которого дается выражением

1

Т

+ А sin (-)

4R гдеА=- — —— (1-R ) а R — - коэффициент отражения торца световода и поверхности

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении и приборостроении, в частности при настройке и регулировке систем записи и воспроизведения информации.

Цель изобретения — увеличение точности определения расстояния до поверхности. l0

Поставленная цель достигается за счет использования явления многолучевой интерференции.

На чертеже приведена функциональная схема, поясняющая способ измерения расстояния до поверхности объекта.

Способ заключается в следующем.

Лазер 1, являющийся источником монохроматического излучения, вырабатывает световые колебания, длина волны и амплитуда которых модулированы сигналом, изменяющимся по гармоническому закону. По световоду

2 модулированное излучение лазера 1 25 попадает во внешний, по отношению к лазеру 1, резонатор, образованный торцом световода 2 и противолежащей ему поверхностью 3, расположенной на искомом расстоянии. В резонаторе

30 возникают интерференционные явления, следствием которых являются нелинейные искажения, возникающие в оптической системе, состоящей из лазера

1, световода 2 и внешнего резонатора. При помощи отвода 4 световые ко- 35 лебания подводятся к устройству 5, которое выделяет сигнал второй гармоники частоты модуляции и измеряет его амплитуду. Выбор второй гармоники в качестве информативной ве- 40 личины вызван тем, что она имеет наибольшую амплитуду среди гармонических составляющих. и 4i(п1

Л сдвиг по фазе между соседними лучами в интерферометре; и — показатель преломления обычно и = 1;

1 — расстояние между торцами световода и поверхностью;

Л вЂ” длина световой волны.

Значение А мало при малых R и поэтому справедлива следующая запись выражения (1):

Т = (1 — -) + — cosd (2)

А А

2 2

Иэ этого выражения следует, что коэффициент пропускания образующегося резонатора является периодической функцией и меняется от максимального значения до минимального с амплитудой А/2.

Выходящий из лазера 1 световой пучок испытывает некоторую модуляцию интенсивности и связанную с ней девиацию длины волны:

P(t ) = P,+ 2Р cosa t;

Л(t) = и +ЬЛсозшс, (3) где ЬР и ЬЛ— амплитуды отклонения мощности излучаемого света и девиации длины волны при изменении тока лазера 1; средняя мощность излучения; длина несущей волны излучения.

P о

Л о где T o — коэффициент пропускания резонатора на частоте модуляции;

Т вЂ” коэффициент пропускания резонатора на гармониках (m = 1,2... ° ).

Тогда интенсивность света, проходящего через зазор между торцом световодов и поверхностью, равна

Предполагая, что Функции ВР(1„ „ ), (ЬЛ(Х „„„,„„) линейны и -«>- c

СФ

Т Т„+ icos шыс, (4) 1516775 6

Р=ТР(t)= (q + > о -- Т,„соs m a t ) (Р„+ hP cosset ) hPT, РТ

PoT0 + " + (T,аР + P Т, + —,,-- ) cosset +

hP р,т„+ —, (т„,+ т )),„, „,, (5) Из этого выражения следует, что при прохождении излучения через резонатор, образуемый торцом и поверх10 ностью, происходит генерация высших гармоник и коэффициент нелинейных искажений имеет вид: (p,т„. - -, (т,+т „„))

К-101g

8РТ

ТдР+РТ + о о 2 (6 ) та нелинейных искажений от расстояния 1 до поверхности объекта.

Выражение (6) может быть упрощено

4 nl 11Л р ----- °

В этом случае

Формула изобретения

Способ определения расстояния до поверхности объекта, заключающийся в том, что формируют световой пучок, модулируют его по интенсивности, освещают световым пучком поверхность объекта, принимают пучок, отраженный от поверхности объекта, определяют расстояние по величине амплитуды гармонической составляющей модуляции отраженного пучка, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью увеличения точности измерений, освещение поверхности объекта и прием OT раженного от поверхности пучка осуществляют с помощью световода, одновременно с модуляцией пучКа по интенсивности модулируют на той же частоте его спектральный состав, а расстояние до поверхности объекта определяют по величине амплитуды второй гармонической составляющей модуляции отраженного пучка.

А 4(г nl

Тр 1 — — (1-cos - )

А . 4к nl 4 17 nl аЛ;

Т

Зй 81П л л

Т О, m = 2,2,... тогда, при P,= а Р

Т, (7) К 20 18

2(т, + т,) Таким образом, коэффициент нелинейных искажений полностью определяется средним значением коэффициента пропускания резонатора и амплитудой гармонических колебаний коэффициента пропускания.

Зависимость амплитуды второй гармоники от расстояния 1 до поверхности объекта имеет такой же характер, что и зависимость коэффициенСоставитель H.Минин

РеДактоР E,Ïàïï ТехРед И.Верес Корректор Т.Палий

Заказ 6372/38 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101