Оптико-электронное устройство для измерения амплитуд акустических колебаний поверхности Советский патент 1986 года по МПК G01H1/08 

I 1

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в интерференционных измерениях акустических полей.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет сужения спектросигнала.

На чертеже представлена блок- схема устройства.

Устройство для измерения амплитуд акустических колебаний поверхности содержит лазерньй интерферометр 1, подвижным зеркалом которого является исследуемый объект, фотоприемник 2, устанойленный на выходе интерферометра, пьезомодулятор 3, генератор 4, подключенный к пьезомодулятору 3, регистратор 5, второй генератор 6 и предметный стол 7 с измерителем 8 перемещения, связанным со входом регистратора 5, последовательно соединенные преселектор 9, входом под- ключенньш к выходу фотоприемника 2, смеситель 10, усилитель 11, детектор 12, два аттенюатора 13,14 второй усилитель 15, второй детектор 16 и фильтр 17, выходом связанный со входом второго аттенюатора 1А, третьим усилителем 18, включенным между вторым выходом аттенюатора 13 и вторым входом регистратора 5, делителем 19, включенным между вторьп-i генератором 6 и вторым входом смесителя 10, а второй вход второго аттенюатора 14 соединен с выходом фотоприемн ика 2.

Оптико-злектронное устройство для измерения амплитуд акустических колебаний поверхности работает следующим образом.

Лазерный интерферометр преобразует нормальные параллельные лазерному лучу колебательные смещения поверхности исследуемого объекта подвижного зеркала интерферометра в интер- ференциальный сигнал на фотоприемнике 2.

Исследуемый объект, например кварцевый резонатор, расположен в фокусе объектива интерферометра. Второй генератор 6 возбуждает в исследуемом объекте высокочастотные колебания поверхности (акустическое поле)

A(x,y,t.) A(x,y)sin 2 frft,

где х,у - прямоугольные координаты в плоскости исследуемого объекта;

314М ,г

f - частота возбуждения объекта; л 0,01-100 МГц; А(х,у) - распределение амплитуды

возблшденных в объекте ко 5 лебаний по поверхности

А(х,у) « - |,

Объект исследований установлен на пьезомодуляторе 3, который под 10 действием напряжения генератора 4 совершает вертикальные поршневые олебания

B(t) ( v + ZITFt), t«i F J& 10 - 50 Гц, где БД -3 (2-4) ;

; 0,6- Г, 2 мкм;

Vj, - величина, характеризующая

среднее положение поверхности пьезомодулятора 3 и . определяющая рабочую точку интерферометра,

j Вследствие этого на выходе фотоприемника 2 наблюдается одновременно два инз ерференционных сигнала: высокочастотный (информативный) U и за- ВИСЯ11ЩЙ от коэффициента отражения

низкочастотный вспомогательный IU зп

(соответственно на частотах возбуждения образца f и пьезостола F), отношения которых определяют амплитуду исследуемых колебаний поверхности.

При сканировании диффузной поверхности появляется глубокая паразитная модуляция и, что вследствие хаотического характера модуляции делает измерения практически не выполнимыми.

Для устранения этого недостатка в основном тракте прохождения сигнала установлен управляемый аттенюатор 13, который: управляется напряжением, вырабатываемым в кольце функциональной

автоматической регулировки усиления с элементами 14 - 17, Это кольцо работает пр низкочастотному интерференционному сигналу и/ и регулируемый аттенюатор 14 идентичен унравля 0 eMONsy аттенюатору 13 основного тракта. На выходе усилителя 15 кольца автоматически поддержива ется opfla и та же с1мплитуда сигнала U независимо от сигнала U-д, поэтому коэффициент

55 передачи аттенюаторов 14 и 13 имеет вид

15 KU - o

40

т.е. будет обратно пропорционален низкочастотному интерференционному сигналу и. Этим достигается автоматическая калибровка информативного сигнала по уровню коэффициента отражения света от объекта. Повышение чувствительности устройства к субанг стремным Колебаниям поверхности объекта достигается накоплением слабого электрического сигнала U.j на выходе фотоприемника. После преселектора 9 предварительно отфильтрованный сигнал Ur поступает на вход смесителя 10, управляемый напряжением, когерентным напряжению возбуждения образ ца. Управляющее напряжение смесителя 0 вырабатьшается делителем 19 . частоты на два. Наблюдаемые на вы- ходе смесителя 10 нулевые биения и. в виде низкочастотного напряжения малой амплитуды поступают на малошумящий усилитель 11. Полярность сигнала U определяется положением рабочей точки интерферометра и благодаря НЧ поршневым колебаниям всего образца постоянно меняем знак. В связи с этим сигнал U после прохожде НI ния управляемого аттенюатора 13 поступает на детектор 12, после чего

информация о величине Ux , (а сленидовэтельно и об амплитуде колебаний)

оказывается заключенной в постоянной

составляющей вьтрямленного сигнала

U4 К., и,

I 1 t I

и -1-Ы1.

и.

Ци ни Постоянная составляющая информативного сигнала выделяется третьим интегрирующим усилителем 18. В результате работы всего устройства эффективная полоса пропускания (и пороговая чувствительность) определяются постоянной времени третьего интегрирующего усилителя ISt. Далее сигнал поступает на регистратор 5, представляющий собой двухкоординат- ный самописец. Для получения эпюры распределения амплитуд А(х,у) в некотором сечении исследуемого объекта

2314114

(например вдоль оси ох) предметный стол 7 дает поступательное смещение исследуемого, объекта (вдоль оси х), информация о линейном смещении кото- З рого с измерителя 8 линейного перемещения предметного стола (например, линейный потенциометр) вводится на вход регистратора 5. В результате на регистраторе 5 получается эпюра 10 распределения амплитуд колебаний в сечении ох А(х). Для получения . топограммы акустического поля А(х,у) необходимо последовательно проскани- роватв ряд сечений исследуемого объек15 та и по полученным эпюрам реконструировать всю топограмму.

20

25

0

5

0

5

Форму, ла.изобретения

Оптико-электронное устройство для измерения амплитуд акустических колебаний поверхности, содержащее лазерный интерферометр, фотоприемник, установленный на выходе интерферометра, пьезомодулятор, генератор, подключенный к пьезомодулятору, регистратор, второй генератор, подключенный к объекту, предметный стол с измерителем перемещения, связанный со входом регистратора, отличающееся .тем, что, с целью по- вьш1ения точно сти измерений, оно снабжено посл едовательно соединенными преселектором, входом, подключенным к выходу фотоприемника, смесителем, усилителем, детектором, аттенюатором,- вторым усилителем, выход которого подключен ко второму входу регистратора, а также последовательно соединенными вторым аттенюатором, третьим усилителем, вторые детектором и фильтром, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго аттенюаторов, делителем, включенным между вторым генератором и вторым входом смесителя, причем вход второго аттенюатора подключен к выходу фотоприемника.

Заказ 2557/47 Тираж 507Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в интерференционных измерениях акустических полей. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет сужения спектра сигнала. Оптико- электронное устройство для измере- ния амплитуд акустических колебаний поверхности содержит лазерный интерферометр, преобразующий смещения поверхности исследуемого объекта,подвижного зеркала интерферометра в интерференционный сигнал на фотоприемнике. Второй генератор возбуждает в исследуемом объекте акустические колебания. Объект, установленный на пьезомоду- ляторе, совершает вертикальные колебания под действием напряжения генератора. Б результате на выходе фотоприемника наблюдаются два интерфе- ренцион ых сигнала. Для устранения паразитной модуляции установлен аттенюатор, управляемый напряжением с элементов. С преселектора сигнал поступает на смеситель, управляющее напряжение, которого вырабатывается делителем частоты. Со смесителя сигнал проходит на усилитель. Сигнал с аттенюатора проходит на детектор. Постоянная составляющая сигнала выделяется усилителем и поступает на регистратор. Предметный стол дает поступательное смещение исследуемого объекта. Информация о линейном перемещении предметного стола с измерителя вводится на вход регистратора, в результате чего на регистраторе получается эпюра распределения амплитуд колебаний. 1 ил. С/)