Простейший интерферометр, отговорите плиз...

Сообщение №3414 от Борис_2 11 декабря 2008 г. 23:14
Тема: Простейший интерферометр, отговорите плиз...

Доброго времени суток. Понадобилось разметить полоску текстолита длина ~500 мм, с точностью 1 мкм/100 мм (для емкостного датчика). Механика для перемещения есть, а вот чем мерить расстояние вопрос. Никогда оптикой не занимался, обычно хватало индикаторов и концевых мер длины, но пять порядков для них штука неподъемная.

Вот встретилась очень простая схема интерферометра -

Подробности - http://www.nkj.ru/archive/articles/14363

Из деталей нужно:
1) лазер
1) призма (произвольная)
2) уголковый отражатель
3) линза (или коллиматор)
4) Фотосчетчик

ВСЕ!!!

Плюс к простоте, большое преимущество - единственно подвижная часть уголковый отражатель!!! который по-своим свойствам будет нечувствителен ни к вибрациям ни к неравномерностям хода по другим осям.

В качестве лазера, я так понимаю, подойдет любой? (основная погрешность в дальнем поле - Δλ/λ)

Вот собственно - или отговорите или помогите сделать:-)

P.S. Куплю необходимые детали по Москве или кто почтой согласится выслать (с предоплатой), пока из нужного нет ничего. Связь ketaject(собака)mail.ru

С уважением, Борис.


Отклики на это сообщение:

> Доброго времени суток. Понадобилось разметить полоску текстолита длина ~500 мм, с точностью 1 мкм/100 мм (для емкостного датчика). Механика для перемещения есть, а вот чем мерить расстояние вопрос. Никогда оптикой не занимался, обычно хватало индикаторов и концевых мер длины, но пять порядков для них штука неподъемная.

> Вот встретилась очень простая схема интерферометра -
>
> Подробности - http://www.nkj.ru/archive/articles/14363

> Из деталей нужно:
> 1) лазер
> 1) призма (произвольная)
> 2) уголковый отражатель
> 3) линза (или коллиматор)
> 4) Фотосчетчик

> ВСЕ!!!

> Плюс к простоте, большое преимущество - единственно подвижная часть уголковый отражатель!!! который по-своим свойствам будет нечувствителен ни к вибрациям ни к неравномерностям хода по другим осям.

> В качестве лазера, я так понимаю, подойдет любой? (основная погрешность в дальнем поле - Δλ/λ)

> Вот собственно - или отговорите или помогите сделать:-)

> P.S. Куплю необходимые детали по Москве или кто почтой согласится выслать (с предоплатой), пока из нужного нет ничего. Связь ketaject(собака)mail.ru

> С уважением, Борис.

Идея интересная, но:
1. Задача непростая как это кажется на первый взгляд! Как вы будете решать проблему неоднозначности?
2. Вы будете измерять относительные перемещения, а не абсолютные расстояния. Вас это устроит?
3. Всетаки лучше в качестве базовой оптической схемы использовать интерферометр типа Майкельсона.
4. Посмотрите вот этот источник, может пригодится: Принципы измерения расстояний и линейных перемещений http://www.bestreferat.ru/referat-26407.html
5. В Новосибирске давно разработан Измеритель перемещений лазерный ИПЛ-МП
http://www.usys.ru/1_1n4.htm У них вы можете купить как оптику так и электронный блок

удачи.


> Доброго времени суток. Понадобилось разметить полоску текстолита длина ~500 мм, с точностью 1 мкм/100 мм (для емкостного датчика). Механика для перемещения есть, а вот чем мерить расстояние вопрос. Никогда оптикой не занимался, обычно хватало индикаторов и концевых мер длины, но пять порядков для них штука неподъемная.

> Вот встретилась очень простая схема интерферометра -
>
> Подробности - http://www.nkj.ru/archive/articles/14363

> Из деталей нужно:
> 1) лазер
> 1) призма (произвольная)
> 2) уголковый отражатель
> 3) линза (или коллиматор)
> 4) Фотосчетчик

> ВСЕ!!!

> Плюс к простоте, большое преимущество - единственно подвижная часть уголковый отражатель!!! который по-своим свойствам будет нечувствителен ни к вибрациям ни к неравномерностям хода по другим осям.

> В качестве лазера, я так понимаю, подойдет любой? (основная погрешность в дальнем поле - Δλ/λ)

Вот здесь Вы ошибаетесь, причём сильно.
Во-первых, судя по Вашему посту уголок должен проехать 500 мм. Т.е. "туда-обратно" -1 метр. Далеко не каждый лазер обладает такой длиной когерентности.
Во-вторых, чтобы верить самому себе или лазер должен быть частотно-стабилизированным, или же в вашей схеме должен быть прецизионный лямбда-метр. Чтобы сделать осмысленный выбор надо хорошо всё это чувствовать/понимать.
> Вот собственно - или отговорите или помогите сделать:-)
Поэтому могу лишь согласиться с уважаемым МВ. Проще купить готовый интерферометр, если не хотите переквалифицироваться в интерферометриста. IMHO, разумеется, но ещё проще найти людей, у которых есть всё необходимое (например, стол прецизионной координатки, у которой отсчёты берутся именно от майкельсоновских интерферометров)и заплатить им денег. Ведь, как я понимаю, пока речь не о серийном производстве, а о разметке экспериментального прототипа ёмкостного датчика.
Кстати, я опять же не специалист, но Вы уверены, что текстолит имеет достаточную временную стбильность такую, что сможет обеспечить указанную Вами точность в течение продолжительного времени?

> P.S. Куплю необходимые детали по Москве или кто почтой согласится выслать (с предоплатой), пока из нужного нет ничего. Связь ketaject(собака)mail.ru

> С уважением, Борис.


Спасибо за ответ!
> Идея интересная, но:
> 1. Задача непростая как это кажется на первый взгляд! Как вы будете решать проблему неоднозначности?

Не простая, согласен.
Не понял на счет неоднозначности, это связано с пунктом 2) ?
> 2. Вы будете измерять относительные перемещения, а не абсолютные расстояния. Вас это устроит?

Да, конечно, измеритель дифференциальный, скорости небольшие.
> 3. Всетаки лучше в качестве базовой оптической схемы использовать интерферометр типа Майкельсона.

Почему?
Я не специалист, мне он кажется более габаритным и подверженным ошибкам юстировки

> 4. Посмотрите вот этот источник, может пригодится: Принципы измерения расстояний и линейных перемещений http://www.bestreferat.ru/referat-26407.html

Принципы понятны, непонятны тонкости:-) - как конкретный прибор сделать...и из чего? Как рассчитать? Как выйти в требуемую погрешность.

В институтских лабораторных об этом не пишут...


> 5. В Новосибирске давно разработан Измеритель перемещений лазерный ИПЛ-МП
> http://www.usys.ru/1_1n4.htm У них вы можете купить как оптику так и электронный блок
мне 60 метров не нужно, а с такими ценами они скоро голодать начнут:-))
Вопрос ведь не в том как потратить пару штук баксов...

> удачи.
Спасибо.


> > В качестве лазера, я так понимаю, подойдет любой? (основная погрешность в дальнем поле - Δλ/λ)

> Вот здесь Вы ошибаетесь, причём сильно.
> Во-первых, судя по Вашему посту уголок должен проехать 500 мм. Т.е. "туда-обратно" -1 метр. Далеко не каждый лазер обладает такой длиной когерентности.

Да, полезное замечание, т.е. одномодовый газовый лазер?
И схема майкельсона тут выигрывает?

> Во-вторых, чтобы верить самому себе или лазер должен быть частотно-стабилизированным, или же в вашей схеме должен быть прецизионный лямбда-метр. Чтобы сделать осмысленный выбор надо хорошо всё это чувствовать/понимать.

А что может произойти? Вот двигается платформа, бегут полоски, контрастность интерференционной картинки постепенно падает... Вдруг трах/бах контрастность пропала (потом снова вернулась) считаем ошибку λ/2 и едем дальше...или перемеряем.

> > Вот собственно - или отговорите или помогите сделать:-)
> Поэтому могу лишь согласиться с уважаемым МВ. Проще купить готовый интерферометр, если не хотите переквалифицироваться в интерферометриста. IMHO, разумеется, но ещё проще найти людей, у которых есть всё необходимое (например, стол прецизионной координатки, у которой отсчёты берутся именно от майкельсоновских интерферометров)и заплатить им денег. Ведь, как я понимаю, пока речь не о серийном производстве, а о разметке экспериментального прототипа ёмкостного датчика.
> Кстати, я опять же не специалист, но Вы уверены, что текстолит имеет достаточную временную стбильность такую, что сможет обеспечить указанную Вами точность в течение продолжительного времени?

Если не нагружать, то нормально все:-) - получше чем у металлов.

> > P.S. Куплю необходимые детали по Москве или кто почтой согласится выслать (с предоплатой), пока из нужного нет ничего. Связь ketaject(собака)mail.ru

> > С уважением, Борис.


> > > В качестве лазера, я так понимаю, подойдет любой? (основная погрешность в дальнем поле - Δλ/λ)

> > Вот здесь Вы ошибаетесь, причём сильно.
> > Во-первых, судя по Вашему посту уголок должен проехать 500 мм. Т.е. "туда-обратно" -1 метр. Далеко не каждый лазер обладает такой длиной когерентности.

> Да, полезное замечание, т.е. одномодовый газовый лазер?
Скорее всего, здесь ответ "да".
> И схема майкельсона тут выигрывает?
Если смотреть на схемы реальных приборов, то многие собраны по схеме интерферометра Майкельсона. Возможно, что указанная Вами схема ничуть не хуже. Этого я просто не знаю/не понимаю.

> > Во-вторых, чтобы верить самому себе или лазер должен быть частотно-стабилизированным, или же в вашей схеме должен быть прецизионный лямбда-метр. Чтобы сделать осмысленный выбор надо хорошо всё это чувствовать/понимать.

> А что может произойти? Вот двигается платформа, бегут полоски, контрастность интерференционной картинки постепенно падает... Вдруг трах/бах контрастность пропала (потом снова вернулась) считаем ошибку λ/2 и едем дальше...или перемеряем.

Нет. Здесь я о другом. Например, у Вас источником служит гелий-неоновый одномодовый лазер (самый часто встречающийся вариант, по крайней мере в конструкциях конца прошлого века), генерящий красное , 0. 63...мкм, излучение. Ответьте себе на очевидный вопрос: "Какова длина волны моего лазера"? Если это не стабилизированный по длине волны/частоте лазер, то реально длина волны "пляшет" в пределах (нескольких единиц) х 10^-6. Причём этот дрейф происходит достаточно быстро, в пределах времени Вашего сканирования уголком. Как говориться: "Маловато будет". Поэтому в зависимости от требуемой точности выбирают и схему стабилизации длины волны/частоты.
Я должен признаться, что давно не читаю ничего по этой теме. Поэтому ситуация там, возможно, и сильно изменилась.Появились прекрасные DPSSы с очень нетривиальными свойствами, которые весьма подходят для того, чтобы быть частотно-стабилизированными. Можете, если любопытно, найти работы Кравцова и Нания (в основном, в "квантовой электронике").


> Нет. Здесь я о другом. Например, у Вас источником служит гелий-неоновый одномодовый лазер (самый часто встречающийся вариант, по крайней мере в конструкциях конца прошлого века), генерящий красное , 0. 63...мкм, излучение. Ответьте себе на очевидный вопрос: "Какова длина волны моего лазера"? Если это не стабилизированный по длине волны/частоте лазер, то реально длина волны "пляшет" в пределах (нескольких единиц) х 10^-6. Причём этот дрейф происходит достаточно быстро, в пределах времени Вашего сканирования уголком. Как говориться: "Маловато будет". Поэтому в зависимости от требуемой точности выбирают и схему стабилизации длины волны/частоты.
> Я должен признаться, что давно не читаю ничего по этой теме. Поэтому ситуация там, возможно, и сильно изменилась.Появились прекрасные DPSSы с очень нетривиальными свойствами, которые весьма подходят для того, чтобы быть частотно-стабилизированными. Можете, если любопытно, найти работы Кравцова и Нания (в основном, в "квантовой электронике").

Ну дык 10^-6 этож самое-то! Я ж писал что основная часть погрешности ~Δλ/λ



> Ну дык 10^-6 этож самое-то! Я ж писал что основная часть погрешности ~Δλ/λ

Если Вам этого достаточно - тогда хорошо. Но я всё же не был столь оптимистичным в расчёте бюджета погрешности. Конечно, прибор лабораторный, всё в комнате. НО: просчитайте погрешность из-за реального изменения рефракции воздуха как F(температура, влажность). Конечно, у Вас плечо всего 0.5 м, вроде особенно много не набежит. Самому считать лень. Просто по логике даже не очень точные интерферометры имеют каку-никакую стабилизацию длины волны (например, по опорному интерферометру ФП).


> Если Вам этого достаточно - тогда хорошо. Но я всё же не был столь оптимистичным в расчёте бюджета погрешности. Конечно, прибор лабораторный, всё в комнате. НО: просчитайте погрешность из-за реального изменения рефракции воздуха как F(температура, влажность). Конечно, у Вас плечо всего 0.5 м, вроде особенно много не набежит. Самому считать лень. Просто по логике даже не очень точные интерферометры имеют каку-никакую стабилизацию длины волны (например, по опорному интерферометру ФП).

Спасибо, за интерес к этой теме!

Вот вы говорили про стабилизацию длины волны, а абсолютную длину волны (при нормальных условиях) для конкретного лазера где взять? И насколька она стабильна, например, если съездить в метрологию - померить, не уедет она после этого? И есть ли способ на месте измерять поправки к длине волны какими-нибудь эталонными пластинами? Или хотя бы понять что "длина ушла".



> Вот вы говорили про стабилизацию длины волны, а абсолютную длину волны (при нормальных условиях) для конкретного лазера где взять?

Самый простой способ - приобрести прецизионный измеритель длины волны, сиречь лямбдаметр. Существуют различной точности/цены. Чтобы не быть голословным, отошлю Вас к отличной (IMHO, разумеется) книге В. Демтрёдер "лазерная спектроскопия". Это перевод первого издания. В И-нете можно найти более современный электронный англоязычный вариант (II издание). Там способы прецизионного ламбдаметрирования и стабилизации частоты в первом приближении изложены. Причём изложены достаточно просто и с необходимыми численными оценками точности/погрешности данных процедур.

> И насколька она стабильна, например, если съездить в метрологию - померить, не уедет она после этого? И есть ли способ на месте измерять поправки к длине волны какими-нибудь эталонными пластинами? Или хотя бы понять что "длина ушла".

У Демтрёдера будет Вам и на этот вопрос обстоятельный ответ.
Замечу лишь, что у нас ещё в СССР были давнишние разработки стабилизированных He-Ne лазеров от ВНИИМа, которые назывались "Стандарт". Было несколько моделей. Там стабилизация частоты осуществляется по привязке к определённой линии сверхтонкой структуры изотопно-чистого йода. Тут и точность привязки фантастическая (в последних моделях - на уровне 10^-13!) и никаких лябдаметров не нужно, ибо такой лазер - сам по себе эталон. Была у авторов разработки книга по частотно-стабилизированным лазерам, можете поискать в сети. Ссылку дать не могу, не помню. Но если очень надо, то поищу на работе. Где-то валяется.


По совету с форума связывался по этому вопросу с носибирскими товарищами, контактов под рукой нет. Под стабилизированный лазер - а сейчас в России ( про мир говори не буду) стабилизированного гелий-неонового не достать (делавшие его фирмы перстали это делать) - измеритель лямбда именно 10-7 обойдется в очень, очень кругленькую сумму. Не помню опять же, контакты на работе, но сумма очень кругленькая.

Вообще то мне кажеться, что о задаче можно рассказать поподробнее. Сейчас тоже будем решать проблему лазерного контроля температурного расширения материалов, где все что выше милливатт 40 - отпадает, так как нагреет сам образец, 10-20 мВт стабилизированные источники ИЛИ контроль лямбда стоит немерянно, посему будет другая схема применена, другая методика.

В общем, опишите задачу то, никто ее не позаимствует, но будет интересно! )))


> По совету с форума связывался по этому вопросу с носибирскими товарищами, контактов под рукой нет. Под стабилизированный лазер - а сейчас в России ( про мир говори не буду) стабилизированного гелий-неонового не достать (делавшие его фирмы перстали это делать) - измеритель лямбда именно 10-7 обойдется в очень, очень кругленькую сумму. Не помню опять же, контакты на работе, но сумма очень кругленькая.

> Вообще то мне кажеться, что о задаче можно рассказать поподробнее. Сейчас тоже будем решать проблему лазерного контроля температурного расширения материалов, где все что выше милливатт 40 - отпадает, так как нагреет сам образец, 10-20 мВт стабилизированные источники ИЛИ контроль лямбда стоит немерянно, посему будет другая схема применена, другая методика.

> В общем, опишите задачу то, никто ее не позаимствует, но будет интересно! )))

Да тут ничего тайного - обычный емкостный sincos датчик (такой как на цифровых штенгелях). Вот что-то типа этого лир-7, только очень плоский (устанавливается в зазор ~0.5 мм). Если с оптикой не срастется, возьму у них в качестве мастер-образца, цены у них приемлемые (для моего случая ~500$).


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100