Лазерный измеритель вибрации Советский патент 1986 года по МПК G01H13/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения параметров диф фузно рассеивающей поверхности.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и точности

На чертеже представлена блок- схема измерителя.

Схема включает двухволновый лазер 1, излучаюищй пучок 2 на длинах волн Л и А , диспергирующую призму 3, с помощью которой осуществляется пространственное разделение лучей 4 и 5, причем .пуч 5 имеет длину волны А , а луч i, , два поворотных зеркала 6, светоделитель 7, делящий луч 4 на два луча 8 и 9, неподвижное зеркало 10, устройство 11 сдвига частоты, генератор 12 высокой частоты с двумя выхо дами, расщепитель 13, делящий луч 5 на два луча 14 и 15, устройство 16 сдвига частоты, зеркало 17 с четырьмя отверстиями, фокусирующий объектив 18, диффузно рассеивающий свет объект 19 измерения, рассеянный пучок 20, второй светоделитель 21, интерференционный светофильтр на , интерференционный светофильтр на А 23, линзы 24 и 25, фотоприемники 26 и 27, частотные дискриминаторы 28 и 29, дифференциальный усилитель 30, цифровой частотомер 31, частотньм детектор 32, пиковьй детектор 33, усилители 34 и 35, измеритель 36 отношения напряжений и вольтметр 37.

Измеритель работает следующим образом.

Двухволновой лазер 1 излучает пучок 2, который с помощью диспергирующей призмы 3 делится на два пространственно разделенных луча 4 и 5 Причем луч 5 имеет длину волны А , а луч 4 - длину волны А . Луч 4, отразившись от поворотного зеркала 6 делится светоделителем 7 на два луча 8 и 9. Луч 8 с помощью устройства 11 сдвига частоты, подключенного к генератору 12, смещается по частоте на величину И . Далее равные по интенсивности лучи В и 9, расположенные па раллельно г и симметрично относительно оптической оси схемы, пройдя через отверстия в зеркале 17, фокусируются объективом 18 на диффузно рассеивающей поверхности объекта

254313а

19 измерения. Объект 19 измерения колеблется вдоль оси, расположенной перпендикулярно оптической оси схемы по гармоническому закону А

5 -siniJt. Рассеянное колеблющимся объектом излучение, промодулирован- ное по частоте вследствие эффекта Доплера, собирается объективом 18 в большом телесном угле, отражается

от зеркала 17 и, пройдя светоделитель 21, интерференционный светофильтр 22 на длину волны А, , фокусируется линзой 23 на фотоприемник 26. В результате оптического гетеро 5 динирования на выходе фотоприемника 26 образуется переменная составляющая сигнала на частоте

20

SI +uJ Ct) (или Si. -cJg (i)j.

1 Ml1 a т

Луч 5, отразившись от зеркала 6, делится расщепителем 13 на два луча 14 и 15, которые расположены симметрично и параллельно относительно оптической оси схемы. Причем луч 15

С помощью устройства 16 сдвига частоты, подключенного к генератору 12, смещается по частоте на величину Э .

Далее равные по интенсивности лучи 14 и 15, пройдя через отверстия в зеркале 17, фокусируются объективом 18 на колеблющемся объекте 19. Рассеянное излучение, промодулированное

по частоте вследствие эффекта Допле- ра, после отражения от зеркала 17 и светоделителя 21 и прохождения интерференционного фильтра на /l фокусируется линзой 25 на фотоприемник 27. В результате оптического гетеродинирования на выходе фотоприемника образуется переменная составляющая сигнала на частоте Sj;-uJg2(t} (или a,+aJg,(t) ). ЕсЛИ схема съюстирована таким образом, что выполняется условие

Q 2 arcsin(--r si

sin

A

2

то деплеровские сдвиги частот uJa и iJ, равны между собой, . - uJ,, uJ., , т.е. на выходе фотоприемника 26 будет сигнал на частоте 5. - xJ (t), а на выходе фотоприемника 27 - сигнал на частоте SJ. - iJn (t)

Сигналы с выходов фотоприемников 26 и 27 поступают на входы частотных дискриминаторов, настроенных на частоту , и далее на дифг})еренциаль

ьй усилитель 30, где происходит удвоение сигнала при одновременном уменьшении игумов лазера, поскольку полезные сигналы имеют, при сбответ ствующей настройке схемы, одинако- вую амплитуду и частоту, но находятся в противофазе. Сигнал на выходе дифференциального усилителя 30 имеет частоту, равную частоте вибрации которая измеряется частотомером 31. Сигнал с выхода дифференциального усилителя поступает на вход частотного детектора 32 с усилителем 34, на выходе которого формируется сиг- нал, пропорциональный частоте виб- рации, и на вход пикового детектора 33 с усилителем 35. На выходе последнего сигнал пропорционален амплитуде и частоте вибрации объекта 19. Далее сигналы с выходов усилителей поступают на измеритель 30 отноше- кия напряжений, на выходе которого образуется сигнал, пропорциональный амплитуде колебаний объекта 19, регистрируемый вольтметром 37.

Формула изобретени

Лазерный измеритель вибрации, содержащий лазер, последовательно рас- положенные по ходу луча первый светоделитель , первое зеркало, первое устройство сдвига частоты, второе зеркало, две фокусирующих линзы, фотоприемник, генератор, один из вы- ходов которого подключен к первому устройству сдвига частоты, частотомер, измеритель отношения напряжения , вольтметр, дифференциальный усилитель, два частотных дискримина-

Редактор А.Гулько

Составитель В.Лопухин Техред М.Ходанич

Заказ 4710/А4

Тираж 507Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

тора, выходами соединенных с соответствующими входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с частотомером и с измерителем отношения напряжений через параллельно связанные по входам частотный и пиковый детекторы и соответствующие усилители, подключенные к их выходам, а выход измерителя отношения напряжения соединен с вольтметром, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и точности, он снабжен призмой, двумя.поворотными зеркалаи, расщепителем, вторым устройством сдвига частоты, вторым светоделителем, двумя инте1)ференционными фильтрами , третьей фокусирующей линзой, призма установлена на выходе лазера и образует два луча, по ходу которых установлены поворотные зеркала, расщепитель установлен по ходу второго луча и образует третий и четвертый лучи, второе устройство сдвига частоты подключено к генератору и установлено по ходу четвертого уча между расщепителем и вторым зералом, выполненным с четьфьмя отверстиями для прохода четырех лучей, второй светоделитель и первый интереренционный фильтр установлены ежду вторым зеркалом и второй линзой, второй интерференционный фильтр третья фокусирующая линза установлены в отраженном излучении после второго светоделителя;вторым фотоприемником, принимающим сфокусированное излучение третьей линзы, а фотопримники подключены к соответствующим входам частотных дискриминаторов.

Корректор А.Обручар

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения параметров диффузной поверхности. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и точности за счет оптического ге- теродинирования сигнала. Измеритель вибрации содержит лазер 1, призму 3, делящую луч на два луча, зеркало 6, светоделитель 1, генератор 12, зеркало 17, объектив 18, объект измерения 19, светоделитель 21, фильтр 22, линзу 23. Прямые и отраженные от объекта 19 лучи формируются указанными выше элементами и попадают на фотоприемники 20 и 27,; сигналы с которых через дискриминаторы 28 и 29, усилители 30, ЗА и 35, детекторы 32 и 33 поступают на частотомер 31 и вольтметр 37. 1 ил. (Л С ел « 00 со