Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

ЗВЕЗДНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР МАЙКЕЛЬСОНА - Патент РФ 2103662
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ЗВЕЗДНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР МАЙКЕЛЬСОНА
ЗВЕЗДНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР МАЙКЕЛЬСОНА

ЗВЕЗДНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР МАЙКЕЛЬСОНА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: для измерения угловых размеров неразрешаемых объектов и для их оконтуривания. Сущность изобретения: интерферометр установлен с возможностью поворота вокруг оси, направленной на объект, и выполнен в трехканальном варианте, каждый из которых включает отклоняющие зеркала, фокусирующую систему, измеритель контраста и общее регистрирующее устройство. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2103662
Класс(ы) патента: G01B11/26, G01B9/02
Номер заявки: 96122002/28
Дата подачи заявки: 11.11.1996
Дата публикации: 27.01.1998
Заявитель(и): Дедов Иван Петрович
Автор(ы): Дедов Иван Петрович
Патентообладатель(и): Дедов Иван Петрович
Описание изобретения: Изобретение относится к оптической контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых размеров неразрешаемых объектов и для их оконтуривания.
Известен угломерный инструмент, называемый астрономическим посохом [1], представляющий собой трость с визиром и с нанесенной вдоль трости шкалой. На трости укреплена с возможностью перемещения вдоль трости поперечная планка с двумя визирами на ее концах. Передвигая поперечную планку вдоль трости, необходимо совместить визир, находящийся на трости у глаза наблюдателя, и визир на левом конце поперечной планки таким образом, чтобы они совпали с направлением на первую звезду, а визир, находящийся у глаза наблюдателя, и визир на правом конце поперечной планки необходимо совместить таким образом, чтобы они совпали с направлением на вторую звезду. Отсчет положения поперечной планки по шкале, нанесенной на трость, дает угловое расстояние между звездами. Недостаток известного технического решения заключается в низкой точности измерений.
Известны такие многочисленные варианты угломерных устройств, например, теодолиты [2] , гониометры [3] , секстанты [4], в которых измерение углов осуществляется с помощью круговой шкалы или ее части. Недостатком таких устройств является низкая точность измерений.
Известны такие многочисленные варианты подзорных труб, телескопов [5], позволяющих получить изображение исследуемого объекта и тем самым определить его угловые размеры. Недостаток этих оптических приборов заключается в невозможности определения угловых размеров исследуемого объекта в случае, когда его угловые размеры меньше разрешающей способности оптического прибора.
Известен интерферометр Рэлея [6], позволяющий изменить угловые размеры удаленных объектов. Из плоской волны, идущей от удаленного объекта, выделяются два параллельных пучка, которые на светочувствительной поверхности регистратора создают интерференционную картину, позволяющую рассчитать угловой размер источника. Недостаток известного технического решения заключается в том, что интерференционные полосы получаются очень узкими, что затрудняет процесс измерений.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является звездный интерферометр Майкельсона, описанный в [7] и содержащий два подвижных зеркала, расстояние между которыми можно изменять. Отраженные от этих зеркал лучи после вторичного отражения от поворотных зеркал направляются через фокусирующую оптическую систему в регистрирующее устройство. Контраст V интерференционной картины, определяемый как отношение разности между Imax и Imin к их сумме, где Imax - максимум интенсивности интерференционной картины, Imin - минимум интенсивности интерференционной картины, в известном устройстве описывается формулой:

где d - расстояние между подвижными зеркалами;
k - волновое число;
ϕ - угол, в котором наблюдается источник.
При увеличении расстояния d от нуля контраст постепенно уменьшается, при d0 = 2π/(kϕ) интерференционные полосы полностью размываются и контраст интерференционной картины становится равным нулю. По значению d0 находим угловой размер удаленного объекта:

а с учетом того, что k = 2π/λ , где λ - длина волны, предыдущая формула принимает вид

Недостаток известного устройства заключается в необходимости перемещения зеркал в процессе проведения измерений, что требует затрат времени. При этом реализация конструкции, обеспечивающей перемещение и фиксацию подвижных зеркал, представляет определенные трудности. Кроме того, известное устройство позволяет определить угловой размер исследуемого объекта только в плоскости, проходящей через лучи, падающие на подвижные зеркала.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности оконтуривания исследуемого объекта и повышение быстродействия.
Решение поставленной задачей обеспечивается тем, что в известное устройство, содержащее четыре зеркала, фокусирующую оптическую систему, измеритель контраста и регистрирующее устройство, при этом четыре зеркала, фокусирующая оптическая система и измеритель контраста установлены на основании, второе зеркало расположено на пути отраженного от первого зеркала луча, третье зеркало расположено на пути отраженного от четвертого зеркала луча, фокусирующая оптическая система расположена на пути отраженных от второго и третьего зеркал лучей, измеритель контраста расположен в области пересечения прошедших через фокусирующую оптическую систему лучей, выход измерителя контраста соединен с входом регистрирующего устройства, внесены следующие усовершенствования (п.1 формулы изобретения): он дополнительно содержит установленные на основании три светоделителя, две фокусирующие оптические системы, два измерителя контраста и четыре зеркала, причем пятое зеркало расположено на пути отраженного от шестого зеркала луча, первый светоделитель расположен на пути луча между первым и вторым зеркалами, второй светоделитель расположен на пути луча между четвертым и третьим зеркалами, третий светоделитель расположен на пути луча между шестым и пятым зеркалами, вторая фокусирующая оптическая система расположена на пути отраженных от второго светоделителя и пятого зеркала лучей, третья фокусирующая оптическая система расположена на пути последовательно отраженного от первого светоделителя, седьмого зеркала и восьмого зеркала луча и отраженного от третьего светоделителя луча, второй измеритель контраста расположен в области пересечения прошедших через вторую фокусирующую оптическую систему лучей, третий измеритель контраста расположен в области пересечения прошедших через третью фокусирующую оптическую систему лучей, выход второго измерителя контраста соединен с вторым входом регистрирующего устройства, выход третьего измерителя контраста соединен с третьим входом регистрирующего устройства, а основание, на котором установлены зеркала, светоделители, фокусирующие оптические системы и измерители контраста, выполнено с возможностью поворота вокруг направленной на исследуемый объект оси.
Такое построение звездного интерферометра Майкельсона позволяет одновременно получить три интерференционных картины, сформированных на трех базах d, равных расстояниям между первым и четвертым, первым и шестым, четвертым и шестым зеркалами, измерить контраст этих трех интерференционных картин, определить по трем точкам график, описываемый формулой (1), вычислить значение базы d0, при которой контраст равен нулю, и определить по формуле (3) угловой размер исследуемого объекта. За счет одновременности получения трех интерференционных картин, соответствующих трем разным базам, повышается быстродействие по сравнению с прототипом. За счет поворота интерферометра вокруг оси, направленной на исследуемый объект, обеспечивается возможность измерения угловых размеров исследуемого объекта в разных направлениях, что позволяет произвести оконтуривание объекта, в результате чего расширяются функциональные возможности предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.
В частном случае (п. 2 формулы изобретения) измеритель контраста содержит передающую телевизионную камеру, устройство выделения телевизионной строки, измеритель амплитуды гармонического сигнала, измеритель постоянной составляющей и делитель, причем вход передающей телевизионной камеры оптически связан с выходом соответствующей фокусирующей оптической системы, выход передающей телевизионной камеры связан с входом устройства выделения телевизионной строки, выход устройства выделения телевизионной строки соединен с входом измерителя амплитуды гармонического сигнала и входом измерителя постоянной составляющей, выход измерителя амплитуды гармонического сигнала соединен с первым входом делителя, выход измерителя постоянной составляющей соединен с вторым входом делителя, а выход делителя соединен с соответствующим входом регистрирующего устройства.
Сущность изобретения поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего предлагаемое изобретение варианта выполнения и прилагаемыми чертежами.
На фиг.1 приведена функциональная схема заявляемого устройства; на фиг. 2 - рисунок, поясняющий принцип работы предлагаемого устройства; на фиг. 3 - рисунок, поясняющий принцип проведения оконтуривания исследуемого объекта; на фиг. 4 - функциональная схема варианта измерителя контраста; на фиг. 5 - рисунок, поясняющий принцип работы измерителя контраста.
Звездный интерферометр Майкельсона содержит (фиг. 1) первое зеркало 1, второе зеркало 2, третье зеркало 3, четвертое зеркало 4, пятое зеркало 5, шестое зеркало 6, седьмое зеркало 7, восьмое зеркало 8, первый светоделитель 9, второй светоделитель 10, третий светоделитель 11, первую фокусирующую оптическую систему 12, вторую фокусирующую оптическую систему 13, третью фокусирующую оптическую систему 14, первый измеритель контраста 15, второй измеритель контраста 16, третий измеритель контраста 17 и регистрирующее устройство 18. Второе зеркало 2 расположено на пути отраженного от первого зеркала 1 и прошедшего через первый светоделитель 9 луча, третье зеркало 3 расположено на пути отраженного от четвертого зеркала 4 и прошедшего через второй светоделитель 10 луча, первая фокусирующая оптическая система 12 расположена на пути отраженных от второго зеркала 2 и третьего зеркала 3 лучей, первый измеритель контраста 15 расположен в области пересечения прошедших через первую фокусирующую оптическую систему 12 лучей, а выход первого измерителя контраста 15 соединен с первым входом регистрирующего устройства 18. Пятое зеркало 5 расположено на пути отраженного от шестого зеркала 6 и прошедшего через третий светоделитель 11 луча, вторая фокусирующая оптическая система 13 расположена на пути отраженных от второго светоделителя 10 и пятого зеркала 5 лучей, а третья фокусирующая оптическая система 14 расположена на пути отраженного от первого светоделителя 9, седьмого 7 и восьмого 8 зеркал луча и отраженного от третьего светоделителя 11 луча. Второй измеритель контраста 16 расположен в области пересечения прошедших через вторую фокусирующую оптическую систему 13 лучей, а третий измеритель контраста 17 расположен в области пересечения прошедших через третью фокусирующую оптическую систему 14 лучей. Выход второго измерителя контраста 16 соединен с вторым входом регистрирующего устройства 18, а выход третьего измерителя контраста 17 соединен с третьим входом регистрирующего устройства 18. Основание, на котором установлены зеркала 1 - 8, светоделители 9 - 11, фокусирующие оптические системы 12 - 14, а также измерители контраста 15 - 17 выполнено с возможностью поворота вокруг направленной на исследуемый объект оси.
Звездный интерферометр Майкельсона работает следующим образом.
Излучение от исследуемого объекта попадает на первое зеркало 1, четвертое зеркало 4 и шестое зеркало 6. Отраженное от первого зеркала 1 излучение попадает в первый светоделитель 9, который разделяет его на два луча, один из которых попадает на второе зеркало 2, а другое - на седьмое зеркало 7. Второе зеркало 2 направляет луч в первую фокусирующую оптическую систему 12. Отраженное от четвертого зеркала 4 оптическое излучение попадает на второй светоделитель 10, который разделяет его на два луча, один из которых после отражения от третьего зеркала 3 попадает в первую фокусирующую оптическую систему 12, а другой - во вторую фокусирующую оптическую систему 13. Отраженное от шестого зеркала 6 излучение попадает в третий светоделитель 11, который разделяет его на два луча, один из которых после отражения от пятого зеркала 5 попадает во вторую фокусирующую оптическую систему 13, а другой - в третьею фокусирующую оптическую систему 14. Отраженное от седьмого зеркала 7 излучение с помощью восьмого зеркала 8 направляется в третью фокусирующую оптическую систему 14.
Лучи, прошедшие через первую фокусирующую оптическую систему 12, интерферируют на светочувствительной поверхности первого измерителя контраста 15, лучи, прошедшие через вторую фокусирующую оптическую систему 13, интерферируют на светочувствительной поверхности второго измерителя контраста 16, а лучи, прошедшие через третью фокусирующую оптическую систему 14, интерферируют на светочувствительной поверхности третьего измерителя контраста 17.
Интерферирующие на светочувствительной поверхности первого измерителя контраста 15 лучи имеют базу, равную расстоянию между центрами первого зеркала 1 и четвертого зеркала 4 (на фиг. 1 это расстояние обозначено d14). Интерферирующие на светочувствительной поверхности второго измерителя контраста 16 лучи имеют базу, равную расстоянию между центрами четвертого зеркала 4 и шестого зеркала 6 (на фиг. 1 это расстояние обозначено d46). Интерферирующие на светочувствительной поверхности третьего измерителя контраста 17 лучи имеют базу, равную расстоянию между центрами зеркала 1 и шестого зеркала 6 (на фиг. 1 это расстояние обозначено d16).
Конструктивное исполнение звездного интерферометра Майкельсона должно обеспечивать выполнение соотношений d14 ≠ d46, d14 ≠ d16, d46 ≠ d16. Обеспечить выполнение соотношений несложно, например, легко обеспечить выполнение следующего неравенства: d46 < d14 < d16.
Пусть в некоторый момент времени измерители контраста 15 - 17 определили значения контраста V15, V16 и V17 соответственно. Контраст V15 соответствует базе d14, контраст V16 соответствует базе d46, а контраст V17 соответствует базе d16.
Таким образом, известна функциональная зависимость контраста V от базы d, описываемая формулой (1), и получены три экспериментальные точки, имеющие в осях d (ось абсцисс) и V (ось ординат) следующие координаты (фиг. 2): (d46, V16), (d14, V15) и (d16, V17). Этих данных вполне достаточно для построения графика зависимости V от d (фиг. 2) и определения базы d0, в которой функция V(d) в первый раз обращается в нуль.
Регистрирующее устройство 18 определяет d0 и по формуле (3) производит вычисление угла ϕ, в котором наблюдается исследуемый объект.
На фиг. 3 приведен рисунок, поясняющий принцип оконтуривания удаленного объекта. Вначале производится измерение угла ϕ в плоскости, проходящей через вектор, направленный на объект и прямую линию . Затем основание интерферометра поворачивается вокруг вектора, направленного на объект, на угол α1 и производится измерение угла ϕ в плоскости, проходящей через вектор, направленный на объект , и прямую линию , после чего основание интерферометра поворачивается вокруг вектора, направленного на объект, на угол α2, затем процесс измерений повторяется для прямых линий и соответственно углов α3, ..., αi, ..., αn . Замкнутая кривая линия, проведенная через экспериментально измеренные точки, дает контур удаленного объекта.
В частном случае измеритель контраста 15 (16, 17) содержит (фиг. 4) передающую телевизионную камеру 19, устройство выделения телевизионной строки 20, измеритель амплитуды гармонического сигнала 21, измеритель постоянной составляющей 22 и делитель 23, причем вход передающей телевизионной камеры 19 оптически связан с выходом соответствующей фокусирующей оптической системы, выход передающей телевизионной камеры 19 связан с входом устройства выделения телевизионной строки 20, выход устройства выделения телевизионной строки 20 соединен с входом измерителя амплитуды гармонического сигнала 21 и входом измерителя постоянной составляющей 22, выход измерителя амплитуды гармонического сигнала 21 соединен с первым входом делителя 23, выход измерителя постоянной составляющей 22 соединен с вторым входом делителя 23, а выход делителя 23 соединен с соответствующим входом регистрирующего устройства 18.
Описанный вариант измерителя контраста работает следующим образом.
На выходе передающей телевизионной камеры 19 формируется сигнал, представляющий собой телевизионную развертку изображения интерференционной картины. Устройство выделения телевизионной строки 20 выделяет одну телевизионную строку. На фиг. 5 приведен рисунок, изображающий зависимость сигнала I от времени t на выходе устройства выделения телевизионной строки 20, где приняты следующие обозначения: Imax - максимальное значение сигнала, Imin - минимальное значение сигнала, IA - амплитуда гармонического сигнала, IП - величина постоянной составляющей. Из фиг. 5 ясно, что
Imax = IП + IA,
Imin = IП - IA.
Тогда контраст V интерференционной картины может быть представлен в следующем виде:

Измеритель амплитуды гармонического сигнала 21 измеряет величину IA и подает этот сигнал на первый вход делителя 23, а измеритель постоянной составляющей 22 измеряет величину IП и подает этот сигнал на второй вход делителя 23. На выходе делителя 23 формируется сигнал, равный отношению IA к IП, т. е. величина сигнала на выходе делителя 23 равна значению контраста V интерференционной картины. Сигнал с выхода измерителя контраста подается на соответствующий вход регистрирующего устройства 18.
Источники информации
1. Зигель Ф.Ю., Астрономы наблюдают. М.: Наука, 1985, с.7-8 (рис. 2).
2. Соловьев В.А., Яхонтов В.Е., Основы измерительной техники, Л.: Изд-во. Ленигр. ун-та, 1980, с. 78-82.
3. Соловьев В.А., Яхонтов В.Е. Основы измерительной техники, Л.: Изд-во. Ленингр. ун-та, 1980, с. 73-77.
4. Советский энциклопедический словарь / Научно-редакционный совет: А. М. Прохоров (пред.), М.: Сов. Энциклопедия, 1981, с.1201.
5. Матвеев А. Н., Оптика, - М.: Высшая школа, 1985, с. 143-144.
6. Панченко В. Б., Воляр А. В., Гнатовский А. В., Кучикян Л. М., Медведь Н. В. Интерферометр Рэлея, Авт. свид. N 815483 (СССР), кл. G 01 B 9/02, приор. 28.06.79.
7. Матвеев А.Н., Оптика, - М.: Высшая школа, 1985, с. 167-168.
Формула изобретения: 1. Звездный интерферометр Майкельсона, содержащий четыре зеркала, фокусирующую оптическую систему, измеритель контраста и регистрирующее устройство, при этом четыре зеркала, фокусирующая оптическая система и измеритель контраста установлены на основании, второе зеркало расположено на пути отраженного от первого зеркала луча, третье зеркало расположено на пути отраженного от четвертого зеркала луча, фокусирующая оптическая система расположена на пути отраженных от второго и третьего зеркал лучей, измеритель контраста расположен в области пересечения прошедших через фокусирующую оптическую систему лучей, выход измерителя контраста соединен с входом регистрирующего устройства, отличающийся тем, что он дополнительно содержит установленные на основании три светоделителя, две фокусирующие оптические системы, два измерителя контраста и четыре зеркала, причем пятое зеркало расположено на пути отраженного от шестого зеркала луча, первый светоделитель расположен на пути луча между первым и вторым зеркалами, второй светоделитель расположен на пути луча между четвертым и третьим зеркалами, третий светоделитель расположен на пути луча между шестым и пятым зеркалами, вторая фокусирующая оптическая система расположена на пути отраженных от второго светоделителя и пятого зеркала лучей, третья фокусирующая оптическая система расположена на пути последовательно отраженного от первого светоделителя, седьмого зеркала и восьмого зеркала луча и отраженного от третьего светоделителя луча, второй измеритель контраста расположен в области пересечения прошедших через вторую фокусирующую оптическую систему лучей, третий измеритель контраста расположен в области пересечения прошедших через третью фокусирующую оптическую систему лучей, выход второго измерителя контраста соединен с вторым входом регистрирующего устройства, выход третьего измерителя контраста соединен с третьим входом регистрирующего устройства, а основание, на котором установлены зеркала, светоделители, фокусирующие оптические системы и измерители контраста, выполнено с возможностью поворота вокруг направленной на исследуемый объект оси.
2. Интерферометр по п.1, отличающийся тем, что измеритель контраста содержит передающую телевизионную камеру, устройство выделения телевизионной строки, измеритель амплитуды гармонического сигнала, измеритель постоянной составляющей и делитель, причем вход передающей телевизионной камеры оптически связан с выходом соответствующей фокусирующей оптической системы, выход передающей телевизионной камеры соединен с входом устройства выделения строки, выход устройства выделения строки соединен с входом измерителя постоянной составляющей и входом измерителя амплитуды гармонического сигнала, выход измерителя амплитуды гармонического сигнала соединен с первым входом делителя, выход измерителя постоянной составляющей соединен с вторым входом делителя, а выход делителя соединен с соответствующим входом регистрирующего устройства.