Спосіб вимірювання малих переміщень

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в угломерах, датчиках давления, температуры и т.п. Известен способ измерения малых перемещений (Патент Японии №51 - 17062, кл. G01B11/02, G01B11/26, 1976), заключающийся в воздействии коллимированного светового пучка на оптическую систему с многократным отражением и регистрации выходящего из нее светового пучка. В известном способе оптическая система выполнена в виде двух плоских зеркал. Поворот одного из них на угол d приводит к изменению угла выхода светового п учка на (2d)k, где k - количество отражений. Отсчет результата измерения производится по смещению светового пятна на экране. Однако, известный способ обеспечивает высокую точность изменения, т.к. сложно определить точно координаты центров светящихся пятен на экране и точно измерить расстояние между ними до и после поворота подвижного зеркала. Преобразование же расстояния между светящимися пятнами в электрический сигнал для упрощения процесса измерения дополнительно снижает точность измерения. Кроме того, известный способ обладает низкой чувствительностью, поскольку для повышения чувствительности необходимо удлинять оптический путь светового пучка и удалять для этого отсчетный экран, что увеличивает габариты устройства, реализующего способ. В основу изобретения поставлена задача создания такого способа измерения малых перемещений, в котором изменение угла падения светового пучка, направленного на оптическую систему с многократным отражением, позволит увеличить чувствительность и точность измерения, а также упростить процесс измерения. Поставленная задача решается тем, что в способе измерения малых перемещений, заключающемся в воздействии коллимированного светового пучка на оптическую систему с многократным отражением и регистрации выходящего из нее светового п учка, согласно изобретению, регистрируют интенсивность выходящего из оптической системы светового пучка, затем изменяют угол падения светового пучка, направленного на оптическую систему, и по изменению измеряемой интенсивности судят о величине перемещения, причем углы падения светового пучка выбирают не превышающими угла полного внутреннего отражения. В предлагаемом способе измеряется интенсивность многократно отраженного светового пучка, направленного на оптическую систему (ОС) под углом близким, но не превышающем угла полного внутреннего отражения (ПВО). Это обеспечивает высокую чувствительность и точность измерений, т.к. в области углов близких к предельному углу ПВО коэффициент отражения ОС сильно зависит от угла падения светового пучка. Известно, что при падении световой волны на границу двух сред коэффициент отражения R определяется (Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - М.: Наука, 1977) где j - угол падения, y - угол преломления. Учитывая, что где n21 и n12 - относительные показатели преломления, получим Таким образом, формулу (1) с учетом (2) можно записать В случае попадания светового пучка на границу стекло-воздух (коэффициент преломления стекла n ст = 1,56, воздуха nв = 1), получим значение предельного угла ПВО для стекла jпред = 40°, учитывая, что R = 1. Если направить световой пучок в стеклянную оптическую систему в виде плоскопараллельного световода так, чтобы он падал на отражающую грань под углом близким к предельному, например j = 39,5°, то с учетом многократных отражений, коэффициент светопередачи световода примет вид где Iвы х - интенсивность выходящего пучка, I 0 - интенсивность падающего пучка, g - количество отражений, и будет равен (значение коэффициента отражения при j = 39,5°). Отсюда видно, что незначительное изменение угла падения пучка лучей, например, Dj = 0,5°, при значениях его близких, но не превышающих угла ПВО приводит к значительному изменению интенсивности выходящего светового пучка, в одном случае на 3 порядка, что дает возможность обеспечить высокую чувствительность и точность измерений. Кроме того, измерение интенсивности светового пучка непосредственно на выходе оптической системы упрощает процесс измерения. Осуществление заявляемого способа поясняется с помощью устройства, представленного на чертеже (фиг.). Устройство для измерения малых перемещений содержит источник 1 коллимированного света, установленные по ходу светового пучка плоскопараллельный световод 2 и фотоприемник 3, расположенный непосредственно на выходе световода 2. К вы ходу фотоприемника 3 подключен регистрирующий прибор 4. Коллимированный световой пучок от источника света 1 попадает подуглом j, близким, но не превышающим угла полного внутреннего отражения, на плоскопараллельный световод 2, где многократно отражается и на выходе измеряется фотоприемником 3 и регистрирующим прибором 4. Изменение угла падения j светового пучка, например, посредством поворота световода 2 вокруг оси, проходящей через т.A (точку закрепления световода 2 на оси), приведет к изменению коэффициента светопередачи и, соответственно, интенсивности светового пучка на выходе. Фотоприемник 3 зафиксирует его изменение. В предлагаемом устройстве, по расчетам, при изменении угла падения светового пучка от 39,5° на 0,001° (т.е. до 39,501°) при 10-кратном отражении пучка в световоде 2 коэффициент отражения R (3) изменяется от 0,51012 до 0,51056, что вызывает изменение коэффициента передачи световода R g(4) от 1,193 × 10-3 до 1,204 × 10-3. Это соответствует изменению светового потока по интенсивности на 1%, что легко фиксируется фотоприемником 3.