Лазерный измеритель вибрации Советский патент 1986 года по МПК G01H9/00 

f 1

Изобретение относится к измерн- технике и может быть исполъ- яовано для измерения амплитуды и час TtjTbi вибрации диффузно отражающей поверхности

1елью изобретения является повышение помехоустойчивости.

На чертеже представлена блок-схем лазерного измерителя вибрации.

Лазерньш измеритель вибрации содержит лазер 1 5 изл учагощий линейно поляризованпый луч 2, светоделитель 3 с ,ью которого луч 2 преобразуется в луч 4s вращатель 5 плоскости поляризации, генератор 6 высокой частоты,, один из выходов которого подключен к входу вращателя 5 плоскости поляризадии,, четвертьволновую пластину 7. зеркало 8, установленное под углом 45° к лучу 4, элемент 9 сдвига частоты, второе зеркало 10 с двумя отверстршми., распололсенное ггод углом 45° к лучам 2 и 4 линзу Г, направляющую лучи 2 и 4 на объект 12 измерения с диффузорно рассеивающей свет поверхностьюэ вторую линзу 13j фотоприемник 14, полосовые фильтры 15, 16, смеситель 17 частотные дискриминаторы 18;, 19, дифференциальный усилитель 20, частотный детектор 210 пиковый детектор 22э усилшгели 23 и 24. измеритель 25 отношения напряжений; цифровые вольтметр 2-6 и чисто томер 27,

Измеритель работает следующим об разом.

Лазер 1 излучает линейно поляризованный луч 2 с частотой Q,., , который светоделитель 3 преобразует в луч 4. Луч 2- поступает на вход вращателя 5 плоскости поляризации, сое- тоящег о, например 5 из последовательн установленных четвертьволновой пластины и электрооптического кристалла (не показан)s помещенного во вращающееся электрическое поле. Вращающеес электрическое поле создается путем приложения к двум парам взаимно ортогональных пластин (не пок азаны) ,, расположенных симметрично относительно оси третьего порядка кристалла напряжения, соответствующего четвертьволновому запаздыванию в квадратуре на частоте, например, 3 о от одного выхода генератора 6. На выходе вращателя 5 плоскости поляризации установлена четвертьволновая пластина 7 преобразующая луч 2 S два взаимно ортогональных: линейно поляризованных

0

0

5

0

0

.022

лучя с различными частотами со, и со + - - За), с Луч 4, отразиБнллсь от зеркала 8, направляется на вход элемента 9 частоты, который состоит, например,, из последовательно установленных четвертьволновой пластины к вращающейся полуволиовой пластины. Если электрооптический кристалл с осьгс симметрии третьего порядка, ориентированной в направлении распространения луча 4, поместить во вращающееся электрическое поле, соответствующее полуволновому запаздыванию, то образуется вращающаяся полуволновая пластина. Причем вращающееся электрическое поле создается путем прилолсения к двум парам взаимно ортогональных электродов., напыленных на грани кристагша. двзгх напряжений в квадратуре на частотеj например, со. от другого выхода генератора 6. На выходе элемента 9 сдвига частоты образуется пучок, имеющий круговое состояние поляризации и частоту MO+MI обеспечения сдвига частоты на величину со,, в схеме может быть также использована акустооптк- ческая частотосдвигающая ячейка Брег- га с установкой на ее выходе четвертьволновой пластины, .предназначенной для получения луча- с крлгговой поляризацией Далее параллельные лучк 2 и 4, пройдя отверстия в зеркале 10, фокусируются линзой 1f в локальной области диффузно рассеивающего объекта 12 который колеблется вдоль оси, Г ерпенди1 :улярной оптической ОСРЗ объектива по гармоническому закону А Af sinfotc Рассеянное колеблющиеся объектом излучениеэ промодулирован- ное по частоте вследствие эффекта Доплера, собирается линзой 11 в- отно сительно большом телесном угле, отра- зршшись от зеркала 10, направляется р о;рой линаой 13 на фото.приемнизс 14. А результате оптическо.го гетеродини- рсвания на выходе фотоприекнижа 14 образуется переменная составляющая фототока э представляющая адд})ти:еную смесь двух равных по амплитуде сиг- калов ,j Ш.еющ1сс различные частот,

0), - GJg (.ШШ ,&).; о о, ) : 2 а, - W;i

(или 2 cOj -;- WB ). 3 TV. снгиал:-: -г, ляются полосовь ми фильтрами э я зб, один из которых 15 настроен i щую частоту СО, , а другой 16 частоту 2 со, (и, v « ) , Сиг.нал с вькода полосового фильтра 15 пocтyпa ет на первый вход смеситс- ля 17, ка

л несу- - на

второй вход которого подается сиг нал имеющий частоту W, , с выхода генератора 6. На выходе смесителя 17 выделяется сигнал с частотой СО, - WQ . Сигналы с выхода смесителя 17 и полосового фильтра 16 поступают на входы частотных дискриминаторов 18, 19 и далее на дифференциальный усилитель 20, где происходит удвоение сигнала при одновременном уменьшении шумов лазера, поскольку полезные сигналы на выходе частотных дискриминаторов 18 и 19 имеют одинаковую амплитуду и частоту, но находятся в противофазе. Сигнал с выхода дифференциального усилителя 20 поступает на вход частотного детектора 21 с усилителем 23 на выходе которого сигнал пропбрци- онален частоте колебаний объекта 12, и на вход пикового детектора 22 с усилителем 24, На выходе последнего сигнал пропорционален амплитуде и частоте вибрации объекта 12. Далее сигналы с выходов усилителей поступают на измеритель 25 отношения напряжений, на выходе которого образуется сигнал, пропорциональный амплитуде колебаний объекта 12, регистрируемый цифровым- вольтметром 26. Сигнал на выходе дифференциального усилителя 20 имеет частоту, равную частоте вибрации Q , которая измеряется цифровым частотомером 27.

Формула изобре.тения

.,1 .Лазерньш измеритель вибрации,содержащий лазер, последовательно расположенные по ходу луча лазера вращатель плоскости поляризации, четвертьволновую пластину и фотоприемник, генератор, одним из выходов подклю- ченньй к входу вращателя плоскости поляризации, частотомер, измеритель отношения напряжения, вольтметр.

. Составитель В. Лопухин Редактор М. Келемеш Техред О.Гортвай Корректор А. Ференц

Заказ 1603/47

Тираж 507

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент 5 г. Уггород, ул. Проектная, 4

0

1S02

подк.пюченпьп к его выходу, диф41ерен-- циальньп { усилитель, два частотных дискриминатора, выходами соедине1И1ые с соответствующими входами дифферен- ц1- ального усилителя S выход которого соединен с измерителем отношения напряжений через параллельно связанные по входам частотньй и пиковьш детекторы и соответствующие усилитеQ ли, подключенные к их выходам, о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьппен ия помехоустойчивости, он снабжен светоделителем, установленным между лазером и вращателем

5 плоскости поляризации, образующим луч, последовательно установленными по ходу второго луча зеркалом и элементом сдвига частоты, вторым зеркалом с двумя отверстиями для прохождения лазерного и второго лучей, линзой, установленной после второго зеркала, второй линзой, установлен- ной ПО ходу отраженных от второго зеркала лучей и перед фотоприемником,

5 смесителгем и двумя полйсовыми фильтрами, входами подключенными к фотот приемникуS а выходами - к входам частотных дискриминаторов, один - через смеситель, другой - непосредственно, а другой выход генератора подключен к второму входу смесителя и элементу сдвига частоты.

2.Измеритель по п. 1, о т л и- чающийся тем, что элемент сдвига частоты выполнен в виде последовательно установленных четвертьволновой пластины и электрооптичес- Кого кристалла, помещенного во вращающееся полуволновое электрическое поле.

3.Измеритель по п. 1, о т л и- чающийся тем, что элемент сдвига частоты вьшолнен в виде ячейки Брегга и четвертьволновой пластины.

0

5

П

юдписное.