SU734749A1 - Вычислительное устройство дл определени дробных долей и целого числа полос интерференци - Google Patents

Description

Указанные средства позвол ют при сканировании зеркала опорного ключа интерферометра путем возбуждени  пьезоКерамической основы генератором модул ции осуществл ть периодическое движение интерференционной картины в плоокости фотоприемника, в результате чего на его выходе вырабатьгааетс  электрический сигнал, фаза которого относительн. но модулирующего напр жени  линейно

св зана с величиной перемещени  в измерительном плече.

Фазовое соотнощение между опорным сигналом с фотоприемника преобразуетс  во временной интервал, измер емый устройством . Одновременно измерение величины одного периода сигнала фотоприемника определ ет числовое значение целой интерференционной полосы.

Поскольку измерение фазы однозначно ЛИШЬ в интервале 0,271, данное устройство при смещени х в измерительном плече интерферометра, больщих Л /2, через каждые Л/2, (А -длина волны излучени ), соответствующие изменению фазы на 2, регистрирует направление перемещени  по скачкам временного интервала и осуществл ет , таким образом, реверсивный счет целых и дробных долей интерференционных полос.

Однако, вследствие неизбежного впт гни  нестабильности частоты и амплитуды модул5щии пьезокерамики в процессе цифровых измерений мен етс  числовое значение целой интерференционной полосы. При этом счет дробных долей и целого числа полос осуществл етс  с неравным числовым весом, т. е. не согласованно что снижает точность измерений производимых с помощью этого устройства, и не позвол ет достичь разрещени  выше

г2

Л/2,

10

Кроме того, при случайных уменьшени х амплитуды излучени , отраженного от исследуемого объекта, ниже пороговойго уровн  формировател , например при профилометрии, когда происходит смена отражающих площадок на объекте, здесь происход т срьюы работы измерительных блоков, привод щие к по влению ложных фазовых скачков и, следовательно, к искажению данных измерений.

Введение отрицательных чисел в реверсивном счетчике целых интерференцион- ных полос не соответствует функционированию счетчика дробных полос, осуществл емом только в области положительных

чисел, что затрудн ет отсчет н приводит к накоплению ошибок.

Цель изобретени  - повьшгение точности устройства.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство, содержащее интерферометр, состо щий из источника излучени , оптически св занного через полупрозрачное зеркало с исследуемым объектом, опорным зеркалом и фотоприемником, въгход которого соединен с входом первого усилител  - формировател , генератор опорного напр жени , соединенный с опорным зеркалом и входом второго усилител51-формировател , блок управлени  счетом, входы которого соединены с выходами усилителей-формирователей и с выходом тактового генератора, а выходы соединены с входами блока сравнени  кодов, счетчика дробной доли полосы и с управл ющим входом блока оперативной пам ти, сигнальные входы которого подключены к выходам счетчика дробной доли полосы, выход блока оперативной пам ти подключен к входу блока, сравнени  кодов, реверсивный счетчик целых полос, входы которого соединены с выходами блока сравнени  кодов, а выходы подключены ко . входам первого цифроаналогового преобразовател  и к первой группе входов ци(} рового индикатора, и второй ци4роаналоговый преобразователь, введены блок обращени  кода и цепочка из последовательно соединенных блока нормировки полосы, реверсивного счетчика импульсов нормировки , дополнительного цифроаналогового преобразовател  и усилител  посто нного тока, выход которого подключен к управл ющему входу тактового генератора , первый и второй управл ющие входы блока нормировки полосы соединены с соответствующими выходами блока управлени  счетом, группа информационных входов соединена с выходами счетчика дробной доли пол осы, а выход переполнени  соединен с соответствующим входом блока управлени , входы блока обращени  кода подключены к выходам блока оперативной пам ти, его знаковый вход соединен с выходом знакового разр да реверсивного счетчика целых полос, а выходы подсоединены к входам ци4 оаналогового преобразовател  и ко второй группе входов цифрового индикатора. При этом блок нормировки полосы содержит два триггера , S-входы которых объединены и юл ютс  первым управл ющим входом блока, D-вход даждого триггера соединен с его обратным выходом, обратный выход второго триггера  Ел етс  вьсходом переполнени  блока, обратный выкод первого триггера соединен с С -входом второго триггера и с первым входом первого элемента И, второй вход которого и первьй вход второго элемента И соединены с обратным выходом второго триг гера, третий вход первого элемента И со единен с выходом блока элементов И, группа входов которого  вл етс  группой информационных входов блока, четвертый вход первого элемента И и второй вход второго элемента И объединены и  вл ю с  вторым управл ющим входом блока, третий вход второго элемента И соединен с пр мым выходом первого триггера, выходы первого и второго элементов И $тл ютс  соответствующими выходами бло ка. На фиг. 1 представлена блок-схема предложенного устройства, на фиг. 2 временные диаграммы работы устройства, на фиг. 3 - при1щипиальна  схема блока нормировки полосы. Вычислительное устройство содержит интерферометр, состо щий из источника 1 излучени , исследуемого объекта 2, оперного зеркала 3 на пьезокерамическом вибраторе, возбуждаемом генератором 4 опорного напр жени  и фотоприемника 5. Выходы фотоприемника 5 и генератора 4 через усилители-формирователи 6 и 7 поступают на блок 8 управлени  счетом, выходы которого подключены к входам счетчика 9 дробной доли полосы, блока 10 оперативной пам ти, блока 11 ни  кодов и блока 12 нормировки полосы подключенного к последовательно располо женным реверсивному счетчику 13 импульсов нормировки, дополнительному цифроаналоговому преобразователю 14, усилителю 15 посто5шного тока и тактовому генератору 16, соединенному с блоком 8 управлени  счетом. Выходы блока 10 оперативной пам ти подключены к блоку 11 сравнени  кодов и к блоку 17 обращени  кода, соединенному с цифровым индикатором 18 вторым цифроаналоговъ1М преобразователе 19. Два выхода блока 11 сравнени  кодов подключены к входам реверсивного счетчика 20 целых полос, соединенного с цифровым индикатором 18 первым ци4 эоаналоговым преобразователем 21 и с блоком 17 обращени  кода. Один из выходов блока 12 нормировани  полосы под 7 496 клюьчен к блоку 8 управлени  счетом и служит дл  блокировки при возможных срьшах сигнала. Блок 12 нормировки полосы в свою очередь содержит триггеры 22, 23, первый 24 и второй 25 элементы И, группу элементов И 26. Устройство работает сле/ гащим образом . Сформированные сигналы пр моугольной формы - сигнал модул ции, сформированнъй опорным зеркалом интерферометра (фиг. 2а) и сигнал с фотоприемника 5 (фиг. 26) поступают в блок 8 управлени  счетом через усилители 6 и 7. Одновременно, на вход блока 8 поступа .ют импульсы тактового генератора 16 . высокой частоты. Блок 8 вьщел ет из импульсов тактового renepaTOjja определенную последовательность (фиг, 2г) и направл ет ее в счет чик 9 ; обной доли полосы, подготовка которого к режиму измерени  осуществл етс  импульсами (фиг. 2д) каждьй период частоты модул5щии. Временной интервал между вырабатьтаемыми в блоке 8 импульсами представленными на фиг. 2е, соответствующими положительному (}ронту (фиг. 2 а) и первым преды/ щим положи- тельным фронтом (фиг. 26), совпадающим по времени с последним импульсом (фиг. .2д), соответствуетизмер емой дробной доле интерференционной полосы. С формированием импульса, представленного на фиг. 2е, в блок 1О оперативной пам ти перевод тс  числовью значени  величины дробной доли полосы из счетчика 9 дл  пocлeд гющeгo ее отображени  и использовани . Импульс сравнени  (на фиг. 2ж), служащий дл  обеспечени  работы системы нормировани  полосы, вырабатываетс  в момент прохождени  целой интерференционной полосы в счетчике 9 и формируетс  в блоке 8. Импульсы (фиг. 2 з), прив занные по времени к моменту окончани  импульсов на фиг. 2ж, служат дл  функционировани  блока 11сравнени  кодов, формирующего реверсивные импульсы прохождени  целой интерференцио1шой полосьи Блок 11 сравнени  кодов работает сле; ющим образом. Импульсами, изображенными на фиг. 2з, за каждый такт модул ции производитс  запись текущего содержани  блока 10 пам ти в блок 11 сравнени , что обеспечивает сравнение предыдущей информации счетчика 9 с текущей импульсами на

иг, 2ж. В случае скачкообразного переода сравниваемых чисел от максималь.ого к минимальному или наоборот блок 11 пропускает импульс, показанный на иг 2ж, либо на суммирующий вход ре- 5 ерсивного счетчика целого числа полос 20 либо на вычитающий.

Блок 12 служит как дл  управлени  нормировкой, так и дл  формировани  с помощью триггера 23 сигнала nepenoj - ю нение, фиксирующего состо ние всего устройства на врем  пропадани  сигнала на фиг 26 путем блокировки по BsojjaM реверсивного счетчил а 13 импульсов нормировки и запрета на выработку в блоке 15 8 импульсов,показанных на }иг, 2ж и 2е,

Блок нормировани;Я полосы работает следующим образом.

Предположим, что числовое значение целой интерференционной полосы, записакм. 20 ное в счетчике. 9, увеличилось (уменьшит лось) и стало больще (меньше) заранее выбранного нормированного значениз При этом блок нормировки полосы 12 Быра - ботает импульс, поступающий на вьгчитан - 25 щий (суммирующий) вход реверсивного счетчика 13. 1- апр жение, снимаемое с выхода ЦАП 14 после усилени  в усилителе 15 будет воздействовать на тактовый генератор 16 пропфционально рас- 30 стройке полосы, уменьша  (увеличива ) его частоту, Описьтаемьй цикл будет повтор тьс  до полной компенсации рассогласовани 

Кроме управлени  автоподстройкой35

блок нормировани  полосы обеспечивает возможность блокировки срьгоов работы счетчика 9 дробной доли полосы, обусловленных случайными падени ми амплитуды отраженного от исследуемой поверхности 40 излучени  например, при профшюгра4иро. вании. При этом сохран етс  значение измер емой величины перемещени , предшествовавшее моменту срьюа.

Наличие замкнутой системы автопод. стройки частоты тактового генератора значительно снижает требовани  к его стабильности. Технически он может быть выполнен в виде обычного регулируемого мультивибратора. Дл  совмещени  числовых значений счетчика ; зобной .доли полосы 9 и реверсивнс о счетчика целых полос 2О с учетом знака последнего в предлагаемое устройство вреден блок55

17 обращени  кода, управл емый сигналом от триггера знака реверсивноро счеч г ыса 20,

Таким образом, .описьтаемое устройств выгодно отличаетс  от известного, так как уменьшаетс  (компенсируетс ) погрешность измерени  перемещений, обусловленных вли нием нестабильности амплитуды и частоты сканирование; зеркала опорного плеча интерферометра. Кроме того , в результате нормировки цифрового значени  целой интерференционной полосы осуществл етс  счет дробных долей и целых полос с одинаковым весом, Формула изобретени 

1, Вычислительное устройство дл  определени  ;фобных долей и целого числа полос интерференции, содержащее интерферометр , состо щий из источника из-: лучени  оптически св занного через iioлупрозрачное зеркало с исследуемым объектом, опорным зеркалом и фотоприемником , выход фотоприемника соединен с входом первого усилител  - формировател ; генератор опорного напр жени , соединенный с опорным зеркалом и входом -второго усилител -формировател  блок управлени  счетом, входы которого соединены с выходами усилителей-формирователей и с выходом тактового генератора, а выходы соединены с входами блока сравнени  кодов, счетчика дробной доли полосы и с управл ющим входом блока оперативной пам ти, сигнальные входы которого подключены к выходам счетчика дробной доли полосы, выход блока оперативн пам ти подключен к блока сравнени  кО дов, реверсивный счетчик Целых, полос, входы которого соединены с выходами блока сравнени  кодов, а выходы подключены ко входам первого цифроаналогового преобразовател  и к первой группе входов ци4 ового индикатора, второй цифроаналоговый преобразователь, о т л и ч а е е с   тем, что, с целью повь шени  точности устройства, в него ввег дены блок обращени  кода и цепочка из последовательно соединенных блока нор мировки полосы, реверсивного счетчика импульсов нормировки, дополнительного ци4уоаналогового преобразовател  и усилител  посто нногр тока, выход которого подключен к управл ющему входу тактового генератора, первый и второй управл ющие входы блока нормировки полосы соединены с соответствующими вь жодами блока управлени  счетом, группа информационных входов соединена с вь ходами счетчика ; эобной доли полосы, а выход переполнени  соединен с соответствующим входом блока управлени , входы блока обращени  кода подключены к выходам блока оперативной пам ти, ег знаковый вход соединен с выходом знако вого разр да -реверсивного счетчика це полос, а выходы подсоединены к вхо дам ци оаналогового преобразовател  и ко второй грудпе входов цифрового индикатора . 2, Устройство по п, 1, о т л и ч а- JO щ е е с   тем, что блок нормировки полосы содержит два триггера, 5-входы которых  вл ютс  первым управл ющим входом блока, D-вход каждого триггера соединен с его обратным выходом, обрат ный выход второго триггера  вл етс  выходом переполнени  блока, обратный выход первого триггера соединен с С -входом второго триггера и с первым вхо дом первого элемента И, второй вход которого и первьй вход второго элемента И соединены с обратным второго триггера, третий вход первого элемента И соединен с выходом блока элементов И, группа входов которого  вл етс  группой, информационных входов блока, четвертый вход первого элемента И и второй вход второго элеме та И объединены и  вл ютс  вторыкт управл ющим входом блока, третий вход второго элемента И соединен с пр мым выходом первого триггера, выходы первого и второго элементов И  вл ютс  соответствующими выходами блока. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1 . Патент США № 34О9375, клГ35&-106, 1974. 2. ж, Приборы и техника эксперимента , 1976, №6, с. 159-162 (прототш).

Jl

ч

Фш.З

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Вычислительное устройство для определения дробных долей и целого числа полос интерференции, содержащее интерферометр, состоящий из источника ИЗ-: лучения, оптически связанного через полупрозрачное зеркало с исследуемым , объектом, опорным зеркалом и фотоприемником, выход фотоприемника соединен с входом первого усилителя - формирователя, генератор опорного напряжения, соединенный с опорным зеркалом и входом •второго усилителя-формирователя^ блок управления счетом, входы которого соединены с выходами усилителей-формирователей и с выходом тактового генератора, а выходы соединены с входами блока сравнения кодов, счетчика дробной доли полосы и с управляющим входом блока оперативной памяти, сигнальные входы которого подключены к выходам счетчика дробной доли полосы, выход блока оперативно памяти подключен к входу блока сравнения кодов, реверсивный счетчик целых, полос, входы которого соединены с выходами блока сравнения кодов, а выходы подключены ко входам первого цифроаналогового преобразователя и к первой группе входов цифрового индикатора, второй цифроаналоговый преобразователь, о т л и ч a join е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него ввег даны блок обращения кода и цепочка из последовательно соединенных блока’ нор-, мировки полосы, реверсивного счетчика импульсов нормировки, дополнительного цифроаналогового преобразователя и усилителя постоянного тока, выход которого подключен к управляющему входу тактового генератора, первый и второй управляющие входы блока нормировки полосы соединены с соответствующими выходами блока управления счетом, группа информационных входов соединена с вы- ходами счетчика дробной доли полосы, а выход переполнения соединен с соответствующим входом блока управления, входы блока обращения кода подключены к выходам блока оперативной памяти, его знаковый вход соединен с выходом знакового разряда реверсивного счетчика цельрс полос, а выходы подсоединены к входам цифроаналогового преобразователя и ко второй группе входов цифрового индикатора.
2. 2. Устройство по π. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок нормировки полосы содержит два триггера, S' -входы которых являются первым управляющим входом блока, D-вход каждого триггера соединен с его обратным выходом, обратный выход второго триггера является выходом переполнения блока, обратный выход первого триггера соединен с С -*· входом второго триггера и с первым вхо-.

   дом первого элемента И, второй вход которого и первый вход второго элемента И соединены с обратным выходом второго триггера, третий вход первого ₅ элемента И соединен с выходом блока элементов И, группа входов которого является группой, информационных входов блока, четвертый вход первого элемента И и второй вход второго элеменЮ та И объединены и являются вторым управляющим входом блока, третий вход второго элемента И соединен с прямым выходом первого триггера, выходы первого и второго элементов И являются 15 соответствующими выходами блока.