Голографический способ измерения амплитуды колебаний объекта Советский патент 1983 года по МПК G01H9/00 G01H1/00 G01H1/04 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения параметров колебаний в твердых телах, и может быть исполь.зовано для измерения амплитуды вибраций, например, происходящих в плоскости колеблющейся поверхности, в машиностроении и строительстве.

Известен фотометрический способ измерения поперечных вибраций объекта, заключающийся в размещении на одной оси с объетом фотометра миры, жестко связанной с фотометром, маски, наноСИМОЙ на исследуемый объект, и последунвдей регистрации изменения интен---- сивности световых потоков, регистрируемых двумя идентичными каналами фотометра, обусловленного изменением положения маски относительно миры, вследствие вибрации объекта. Предельная чувствительность способа составляет несколько десятков мкм Cl3.

Недостаткс1ми данного способа являются необходимость нанесения маски .на объект, а также низкие чувствительность и точность измерений.

Известен бесконтактный способ измерения амплитуды вибраций объекта, обладающий высокими чувствительностью и точностью, заключающийся в осве-щении поверхности объекта плодкой монохроматической волной, регистрации на светочувствительной среде интерференционной картины излучения, рассеянного от колеблющейоя поверхности объекта, и плоской опорной волны (получение голограммы), последующем ее восстановлении опорной волной и регистрации распределения яр10кости (по которому судят об измеряемой величине) в плоскости мнимого изображения объекта f2.

Недостатком такого способа явлй15 ется невозможность проведения измерения амплитуды поперечных колебаний объекта.

Наиболее близким к изобретению является голографический способ ана20лиза колебаний объекта, заключаквдийся в-том, что одновременно освещают колеблющуюся поверхность объекта и светочувствительную среду плоской опорной волной, затем восстанавли25вают голограмму плоской волной, например, в +1-ОМ дифракционном порядке и регистрируют распределение яркости (по которому судят об измеряе- мой амплитуде колебаний) в плоскости мнимого изображения объекта З. Недостатком данного способа является невозможность проведения измер ния амплитуды поперечных колебаний при вибрации объекта. Цель изобретения - обеспечение и мерения амплитуды поперечных колеба ний при сохранении чувствительности и точности. Поставленная цель достигается тем что согласно голографическому способу измерения амплитуды колебаний объекта, заключающемуся в том, что одновременно освещают колеблющуюся поверхность объекта и светочувст витальную среду плоской опорной волной, затем восстанавливают голограмму плоской волной и регистрируют рас пределение яркости в плюс первом дифракционном порядке, колеблющуюся поверхность объекта освещают- сфери ческой волной, а регистрацию распределения яркости осуществляют на расстоянии . L + F от голограм1.1ы, где - расстояние от поверхности объекта до светочувствительной среды при записи голограммы, JF - радиус кривизны фронта волны, освещающей эту поверхность. На чертеже приведена функциональная схема устройства для осуществления способа. Схема включает лазер 1, линзы 2 и 3, светоделитель 4, зеркало 5, светочувствительную среду 6 и диффузно рассеивающую свет колеблющуюся поверхность 7 объекта. С помощью светоделителя 4 излучен ная лазером монохроматическая волна делится на две когерентных. С помощь системы из двух коллимирующих линз 2 и 3 формируется опорная волна d с плоским фронтом, составляющим угол с нормальюК поверхности свето- чувствительной среды. Сферическая расходящаяся (за счет линзы 2) волна б освещает диффузно рассеивающую свет поверхность 7. Физическая сущность способа заклю чается в следующем. Пусть колеблющаяся поверхность объекта находится в плоскости х, у ), а светочувствительная среда в параллельной ей плоскости () на расстоянии от последней. Если непосредственно в плоскости поверхности 7 объекта при освещении его плоской ВОЛНОЙ характеризовать поле комплексной величиной А (х,у.), то при освещении поверхности 7 сферичес кой волной поле в плоскости (х ,у ) можно описать выражением tj,(.) НСх.У ) А(х,у) где знак плюс в экспоненте относит ся к случйю расходящейся сферической волны (как это изображено на чертеже), знак минус - к случаю, когда объект освещается схрдящейся сферической волной, F - радиус кривизны волны, JL - длина водны излучения лазера 1, j -V -Т. Допустим, 4TQ объект совершает гармонические колебания вдоль оси Xxj с частотой 51/27Г и амплитудой д X. Тогда мгновенное значение поля по выражению (1) в плоскости (x,yj) можно описать выражением. (1,Vi )A(X tAXsiMQ-t д )х ( в плоскости СХ.УЛ имеем с точностью до постоянных коэффициентов для поля волны (5 ,рассеянной поверхностью 7, на основании дифракционной формулы Френеля-Кирхгоффа (х, Х,).ЛЯ где )-i-(-V )Ч для поля опорной волны а. V V(x2.,y), где . волновое число для волны излученной лазером. На светочувствительной среде регистрируется интенсивность тV (V + )(V )dt (5) где Т - время экспозиции (Г7 2T/Q.}. При восстановлении голограммы плоской волной, комплексно сопряженной с выражением (4), поле в-плоскости голограммы для +1-ГО порядка дифракции с учетом выражений (3) - (5) имеет вид и.,,у)Л dtjjf x.y ),- d,(6) На основании дифракционной формулы Френеля-Кирхгоффа, проведя преобразования Фурье и считая, что поперечные колебания приходят с амплитудой, еньшей радиуса корреляции неодноодностей и диффузно рассеивающей свет поверхности 7 (это условие обесечивает возможность восстановления голографического изображения), а ЧЛ(,., , получаем выражение для оля, восстановленного в плоскости (xj.y,), находящейся на расстоянии от голограммы IKv 1 %3 ..N.)Dol (f-f )2Х.ЛУ U) де IP - функция Бесселя нулевого порядка 1-го рода. Из выражения (7) следует, что ножитель, характеризующийраспре