Инженеры холдинга “Росэлектроника” ГК “Ростех” разработали интерферометр на базе отечественных комплектующих, в том числе собственного производства. Лазерный интерферометрический измеритель нано-перемещений, предназначенный для точного измерения длин, получил обозначение ЛИС-01М. Прибор разработан совместно со специалистами московского ООО «Наномера», которые спроектировали оптикомеханическую часть интерферометра и программное обеспечение по обработке измерительных сигналов от фотоприемника. Со стороны холдинга в проекте участвовал Центральный научно-исследовательский технологический институт «Техномаш». Сотрудники института разработали радиоэлектронный модуль, включающий в себя синтезатор частот для управления акустооптическими преобразователями, усилители мощности, электронный блок фотодетектора и малошумящие источники питания интерферометра.

Основной задачей проекта являлась разработка инженерных решений, позволяющих заместить в подобных приборах импортные электронные компоненты на российские аналоги без ухудшения основных характеристик. В результате при проектировании, например, синтезаторов частот удалось создать электронные схемы с замещением кварцевых генераторов фирмы Golledge (Великобритания) изделиями российских производителей.

В разработанном интерферометре, в частности, применяются термостабилизированные и термостатированные кварцевые генераторы ОАО «Завод Метеор» (Волжский, Волгоградская обл., входит в холдинг «Росэлектроника») и ОАО «Морион» (Санкт-Петербург).

При этом использование российских компонентов позволило снизить уровень фазовых шумов при отстройке 100 кГц в полосе 1Гц по сравнению с показателями, демонстрируемыми британскими генераторами.

Технические характеристики ЛИС-01М:

• Диапазон измерений линейных перемещений – 10-9-10-2 метра, с дискретностью отсчета 0.1 нм и абсолютная погрешностью 0,5-3 нм в зависимости от диапазона.
• Диапазон измерений амплитуды ультразвукового смещения – 10-10 – 10-7 метра, при относительной погрешности не более 5% в диапазоне рабочих частот 104 – 106 Гц.
• Максимальное значение измеряемой скорости перемещения объекта 3 мм/с, при относительной погрешности не более 1%.
• Диапазон измерений коэффициента электроакустического преобразования 106-109 В/м в диапазоне рабочих частот 50-1000 кГц с относительной погрешностью не более 25%. Время измерения – 10 мкс.

Справка:

Наиболее распространённый в интерферометрии инструмент – интерферометр Майкельсона – изобрёл в 1887 году Альберт Абрахам Майкельсон – первый американец, удостоенный Нобелевской премии за научные достижения. Он предложил систему из зеркал и полупрозрачных зеркал (светоделителей) для сведения расщеплённых лучей света, поступающих из одного и того же источника. Лазерная интерферометрия является признанным методом измерения расстояний с высокой точностью.

Как правило, одиночный входящий луч от источника когерентного света с помощью интерферометра Майкельсона расщепляется на два идентичных луча. Каждый из данных лучей проходит различный путь, называемый траекторией, и перед попаданием в детектор они сводятся вместе. Разность в расстоянии, пройденным каждым лучом, создаёт разность фаз между ними. Именно введённая разность фаз создаёт между первоначально идентичными волнами интерференционный узор, который определяется на детекторе.

Если одиночный луч разделён вдоль двух траекторий (измеряемой и опорной), то разность фаз будет указывать на какой-либо фактор, который изменяет фазу вдоль данных траекторий. Это может быть физическое изменение длины самой траектории или изменение коэффициента преломления среды, через которую проходит луч.

Пучок лазерного излучения (1) выходит из лазерного источника и расщепляется на два пучка (опорный (2) и измерительный (3)) на интерферометре. Данные пучки отражаются от двух ретрорефлекторов и сводятся вместе на интерферометре перед детектором.

Использование ретрорефлекторов обеспечивает параллельность плеч опорного и измерительного пучков при их сведении на интерферометре. Сведённые лучи достигают детектора, где они или усиливаются, или ослабляются. Во время усиливающей интерференции два пучка находятся в фазе, и пики обоих пучков усиливают друг друга, что приводит к возникновению светлой интерференционной полосы, а во время ослабляющей интерференции пучки находятся вне фазы, и пики одного пучка гасятся впадинами второго пучка, что приводит к возникновению тёмной интерференционной полосы.

Обработка сигнала

Обработка оптического сигнала в детекторе позволяет наблюдать интерференцию этих двух лучей. Смещение измерительного пучка вызывает изменение относительной фазы двух пучков. Данный цикл усиливающей и ослабляющей интерференции приводит к циклическому изменению интенсивности сведённого луча. Один цикл изменения интенсивности от светлой к тёмной и к светлой полосе происходит каждый раз, когда измерительный пучок / ретрорефлектор (3) перемещается на половину длины волны лазера.

Точность системы

Точность линейных позиционных измерений зависит от того, с какой точностью определена длина волны лазерного излучения. Рабочая длина волны лазерного излучения зависит от коэффициента преломления воздуха, через который проходит пучок, а коэффициент преломления изменяется в зависимости от температуры воздуха, давления воздуха и относительной влажности. Поэтому длину волны необходимо изменять, чтобы компенсировать любые изменения данных параметров.

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!