Гомодинный лазерный интерферометрический измеритель параметров вибраций объектов Советский патент 1985 года по МПК G01H9/00 

того, восьмого, одиннадцатого и пятнадцатого компараторов, а выходы восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого, двенадцатого, тринадцатого, четырнадцатого и пятнадцатого аналоговых сумматоров соединены с входами соответственно третьего, пятого, седьмого, девятого, десятого, двенадцатого, четырнадцатого и шестнадцатого компараторов, при этом выходы третьего и десятого, четвертого и одиннадцатого, пятого и двенадцатого, шестого и тринадцатого, седьмого и четырнадцатого, восьмого и пятнадцатого, девятого и шестнадцатого компараторов соединены соответственно с первым и вторым входами второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого квадратурнологических блоков, прямой выход каждого квадратурно-логического блока. соединен с соответствующим входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, а инверсный выход каждого квадратурно-логического блока соединен с соответствующим входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика.

ГОМОДИННЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИЙ ОБЪЕКТОВ, содержащий лазер, двухлучевой интерферометр с ретрорефлектором в его измерительном плече, связываемым с объектом, два фотоприемника, установленных на выходе интерферометра, два компаратора, вход первого из которых соединен с выходом первого фотоприемника, квадратурно-логический блок, к первому и второму входам которого подключены выходы первого и второго компараторов соответственно, соединенные последовательно реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности измерений и помехоустойчивости, он снабжен пятнадцатью аналоговыми сумматорами, выполненными с одинаковыми коэффициентами передачи по входам, коммутатором фазы, двумя усилителями, инвертором, четырнадцатью коммутаторами, семью квадратурно-логическими блоками, двумя элементами ИЛИ, выход первого фотоприемника подключен к первому входу коммутатора фазы, входу инвертора и первым входам второго, четвертого и восьмого аналоговых сумматоров, выход инвертора подключен к второму входу коммутатора фазы и к вторым входам третьего, седьмого и пятнадцатого аналоговых сумматоров, выход коммутатора фазы сое- динен с входом первого усилителя, выход которого подключен к первому входу первого аналогового сумматора, а выход второго фотоприемника через второй усилитель подключен к второму входу первого аналогового сумматора, выход которого подключен к входу второго компаратора и к втоi рым входам второго, пятого и одиннадцатого аналоговых сумматоров и (Л первым входам третьего, шестого, двенадцатого аналоговых сумматоров, при этом выход второго аналогового сумматора присоединен к первым входам пятого и десятого аналоговых сумматоров, вторым входам четвертого и девятого аналоговых сумматоров, оэ а также к входу шестого компаратора, 00 О1 выход третьего аналогового сумматора подключен к первым входам седь4 мого и четырнадцатого аналоговых сумматоров и к вторым входам шестого и тринадцатого аналоговых сумматоров, а также к входу тринадцатого компаратора, причем выходы четвертого, пятого, шестого и седьмого аналоговых сумматоров соединены соответственно с вторыми входами восьмого, десятого, двенадцатого и четырнадцатого аналоговых сумматоров и соответственно с первыми входами девятого, одиннадцатого, тринадцатого и пятнадцатого аналоговых сумматоров, а также с входами четвер

1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к лазерной интерферометрии, и может быть использовано, например, для определения параметров вибраций объектов.

Цель изобретения - повышение точности измерений и помехоустойчивости

На фиг. 1 изображена блок-схема гомодинного лазерного интерферометрического измерителя; на фиг. 2 фазовые отношения между синтезированными, интерференционными сигналами; на фиг. 3 - фазовые диаграммы шестнадцати (Ъазосдвинутых сигналов и , U2 ... iT и шестнадцати противоположных им сигналов и-, 1... ; на фиг. А - фазовые диаграммы, поясняющие, работу интерферометрического измерителя .

Интерферометр содержит лазер 1, двухлучевой интерферометр 2 с ретрорефлектором 3, связываемым с объектом А, два фотоприемника 5 и 6, установленных на выходе интерферометра 2, два компаратора 7 и 8, вход первого из которых соединен с выходом первого фотоприемника 5, квадратурно-логический блок 9, к первому и второму входам которого подключены выходы первого и второго компараторов 7 и 8 соответственно, соединенные последовательно реверсивный счетчик 10 и цифроаналоговый преобразователь 11, коммутатор 12 фазы, инвертор 13, пятнадцать аналоговых

сумматоров 1А - 28, два усилителя 29 и 30, с третьего по шестнадцатый компараторы 31 - АА, с второго по восьмой квадратурно-логические блоки А5 - 51, первый и второй элементы ИЛИ ,52 и 53, выход первого фотоприемника 5 подключен к первому входу коммутатора 12 фазы, входу инвертора 13 и первым входам второго, четвертого и восьмого аналоговых сумматоров 15, 17 и 21, выход инвертора 13 подключен к второму входу коммутатора 12 фазы и к вторым входам третьего, седьмого и пятнадцатого аналоговых сумматоров 16, 20 и 28, выход коммутатора 12 фазы соединен с входом первого усилителя . 29, выход которого подключен к первому входу первого аналогового сумматора 1А, а выход второго фотоприемника 6 через второй усилитель 30 подключен к второму входу первого аналогового сумматора 1А, выход которого подключен к входу второго

5 компаратора 8 и к вторым входам

второго, пятого и одиннадцатого аналоговых сумматоров 15, 18 и 2А и первым входам третьего, шестого, двенадцатого аналоговьк сумматоров 16,

0 19 и 25, при этом выход второго аналогового сумматора 15 присоединен к первым входам пятого и десятого аналоговых сумматоров 18 и 23, вторьм входам четвертого и девятого

5 аналоговых сумматоров 17 и 22, а

также к входу шестого компаратора 34, выход третьего аналогового сумматора 16 подключен к первым входам седьмого и четырнадцатого ана Логовых сумматоров 20 и 27 и к вторым входам шестого и тринадцатого аналоговых сумматоров 19 и 26, а также к входу тринадцатого компаратора 41, причем выходы четвертого, пятого, шестого и седьмого аналоговых сумматоров 17, 18, 19 и 20 соединены соответственно с вторыми входами восьмого, десятого, двенадцатого и четырнадцатого аналоговых сумматоров 21, 23, 25 к 27 и соответственно с первыми входами девятого, одиннадцатого, тринадцатого и пятнадцатого аналоговых сумматоров 22, 24, 26 и 28, а также с входами четвертого, восьмого, одиннадцатого и пятнадцатого компараторов 32,

36,39 и 43, а выходы восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого, двенадцатого, тринадцатого, четьфнадцатого и пятнадцатого аналоговых сумматоров 21 - 28 соединены с входами соответственно третьего, пятого, седьмого, девятого, десятого, двенадцатого, четырнадцатого и шестнадцатого компараторов 31, 33, 35,

37,38, 40, 42 и 44, при этом выходы третьего 31 и десятого 38, четвертого 32 и одиннадцатого 39, пятого 33 и двенадцатого 40, шестого 34 и тринадцатого 41, седьмого 35 и четырнадцатого 42, восьмого 36 и пятнадцатого 43, девятого 37 и шестнадцатого 44 компараторов соединены соответственно с первым и вторым входами второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого квадратурно-логических блоков 45 - 51 причем прямой выход каждого квадратурно-логического блока соединен с соответствующим входом первого элемента ИЛИ 52, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика Ю, а инверсный выход каждого квадратурно-логического блока соединен с соответствующим входом второго элемента ИЛИ 53, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика 10.

Измеритель работает следующим образом./

В измерительном плече двухлучевого интерферометра 2 устанавливается ретрорефлектор 3, который жестко

1885414

закреплен на исследуемом объекте 4, Излучение, отраженное ретрорефпектором 3, возвращается в интерферометр 2, где оно интерферирует с опорJ ной световой волной. Благодаря частотным, поляризационным, пространственным или другим эффектам на первом и втором фотоприемниках 5 и 6 (установленных в поле интерференции)

to выделяется два фазосдвинутых интерференционных сигнала.

Первый фотоприемник 5, второй фот.рприемник 6, коммутатор 12 фазы, первый 29 и второй 30 усилители, аналоговый сумматор 14, инвертор 13 сформируют три опорных сигнала IL , и и U;;- из сигналов фотоприемников 5 и 6 и ф, и ифр при условии, чтобы и, и и стали точно квадратурными,

20 и - противоположен сигналу U,. . Сигнал и отождествляется с сигналом первого фотоприемника 5, а сигнал U- получается после прохождения инвертора 13:

25 и, , ;

т -Uw(1)

Формирование квадратурного опорного сигнала U, поясняется фазовой диаграммой на фиг. 4. В общем случае сигналы (Ъотоприемников 5 и 6 могут

30 иметь между собой произвольный фазовый сдвиг д1, что определяется конструктивными особенностями интерферометра 2, его юстировкой, положением фотоприемников 5 и 6 в поле ин-5 терференции и т.д. На фиг. 4 показано два случая: И/2/ и /-i 1/2/. При любом Л путем линейной комбинации векторов ифп и можно получить требуемый (точноквадратурный к U ) сигнал U2, для чего необходимо лишь правильно выбрать весовые коэффициенты . «1.362:

Uj. + . (2)

5 Из геометрических соображений очевидно, что для квадратурности и и и, необходимо, чтобы отношение весовых коэффициентов х и Zn отвечало условию

0 Ь . ШМ1 озл. (3) г lU(fnil

Абсолютная же величина У. и зе. может быть выбрана из условия lUzl ифпя I.

5 Синтез сигнала 1 , как видно из соотношения (2), легко получить аналоговым сложением сигналов фотоприемников ифр и , предварительно. усилив их в и. и , дли чего используется аналоговый сумматор 14 и усилители (29) и У2 (30). При разных значениях лу (Ьольйе или меньше Л/2) козффициеиты усиления должны иметь одинаковый знак (синфазное сложение) или противоположные знаки (противофазное сложение). Выбор знака производится коммутатором 12 фазы, который подключает на первый вход первого аналогово го сумматора 14 сигнал , или его инверсию с выхода инвертора 13. На фиг. 4 показано, как графически могут быть выбраны коэффициенты atl, и j. усиления, чтобы получить требуемый сигнал Uj по векторам и UA (правило параллелограмма для случая 4(7 7Г/2). В результате работы разобранной схемы получаются сигналы U , U- и U- (фиг. 4). Дальнейший синтез фазосдвинутых сигналов U , Uj --U-j Происходит аналогичным образом. Так второй аналоговый cyi iaTop 15 из си налов и и U2 Uiе синтезирует сигнал Uj и е Аналогично третий аналоговый сумматор 16 синтезиру ет и и, из сигналов U2 и иУсловие равенства коэффициентов передачи по входам в каждом из аналоговых сумматоров гарантирует, что синтезируемый (выходной) сигнал будет иметь фазовый сдвиг, равный сред нему арифметическому фаз суммируемых сигналов. Так, из сигналов U и U получается сигнал Uj (фиг. 3), из сигналов и и Uj Uj, из Uj и U g И т.д. В результате работы всей сети аналоговых сумматоров появляется шестнадцать фазосдвинутых сигналов (Лиг. 2), смещенных один относительно другого на 17/16. Коэффициенты передачи аналоговых сумматоро выбираются из условия, чтобы амплиту ды выходных и входных сигналов были равны, при этом /U,j/. /Uj/ На фиг. 3 вектором О обозначено значение текущей фазы Ф. Ее изменение приводит к Последовательному изменению знаков интерференционных сигналов (фиг. 2). Поскольку компараторы 7; 8; 31 - 44 трансформируют аналоговые сигналы а (фиг. 2) в бинарные в, то всякому приращению f на я/16 соответствует скачок одного из бинарных сигналов. Скачки (фронты) бинарных сигналов преобразуются квадратурно-логическими блоками 9, 45 - 51. в счетные импульсы того или иного знака, причем появление одного счетного импульса отвечает приращению фазы на 7Г/16 или изменению длины измерительного плеча интерферометра 2 на Д/64. На каждый из блоков 9 и 45 - 51 подается один из синтезированных сигналов и ему квадра-г турный, т.е. каждый блок 9, 45 - 51 работает автономно по своей паре, квадратурных сигналов и регистрирует изменение фазы с дискретностью /2. Благодаря наличию восьми пар квадратурных сигналов, повернутых в фазовой плоскости каждая относительно соседней на + /16, при изменении фазы й 9 7/16 на вьпсоде одного из квадратурно-логических блоков появится счетный импульс, на + и - выходах импульсы объединяются соответственно первым элементом ИЛИ 52 и вторым элементом ИЛИ 53 и выводятся на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 10, код-состояние которого превращается цифроаналоговым преобразователем 11 на выходное аналоговое напряжение, которое можно направить на любой регистрирующий прибор (осциллограф, самописец и т.д.). На выходе измерителя наблюдается напряжение, которое своей формой повторяет закон изменения длины измерительного плеча интерферометра 2, т,.е. позволяет наблюдать закон вибросмещений объекта 4 с дискретностью Л/64.