Интерферометрическое устройство для измерения амплитуды механических колебаний Советский патент 1987 года по МПК G01H11/00 

усиления. Импульс с генератора 9 за- пускаюших импульсов включает генератор 8 1шлообразного напряжения, который меняет коэффициент усиления усилителя 7, и референтное зеркало 3 колеблется с амплитудой, линейно возрастающей от нуля до максимального значения. Амплитуда сигнала на выходе фотоприемника 10 определяется разностью амплитуд референтного зеркала 3 и исследуемого объекта 6. Узкополосные фильтры 1 и 5 вьделяют первую и вторую гармоники интерференционного сигнала, амплитуды которых изменяются в соответствии с функциями Бесселя 1-го и 2-го порядка соот1

Изобретение относится к измерительной технике и.может быть использовано для измерения амплитуды механических колебаний.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет устранения дискретности отсчета нулевых значений выходного сигнала.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, характеризуюпще работу основных элементов,

Интерферометрическое устройство дпя измерения амплитуды механических колебаний состоит из интерферометра Майкельсона, включающего источник 1 одночастотного когерентного излучения, светоделительный кубик 2 референтное зеркало 3, установленное на пьезокерамическом элементе 4 генератора 5 электрических колебаний-, связанного с контролируемым объектом 6, усилителя 7 с автоматической регулировкой коэффициента усиления, генератора 8 пилообразно - го напряжения, генератора 9 запускающих импульсов, выход которого связан с входом генератора 8, выход которого связан с первым входом усилителя 7, второй вход которого связан с выходом генератора 5, а выход - с пьезокерамическим элементом 4 фотоприемника 10, оптически связанного с интерферометром, последовательно соединенных первого узкополосветственно. Нулевые значения функций Бесселя 1-го и 2-го порядка сов- па/щют только в момент равенства колебаний контролируемого объекта 6 и референтного зеркала 3. В этот момент импульсы с выхода формирователей 14 и 18 поступают на вход схемы 19 И одновременно и на ее выходе возникает импульс, поступающий на вход измерителя 20 временных интервалов. Временной интервал, начало которого задается импульсом с генератора 9, а конец - импульсом со схемы 19 И, прямо пропорционален амплитуде колебаний контролируемого обьекта . 2 и л.

0

5

ного фильтра 11, первого усилителя- ограничителя 12, первого нуль-индикатора 13 и первого формирователя 14, последовательно соединенных вто- 5 рого узкополосного фильтра 15, второго усилителя-ограничителя 16, второго нуль-индикатора 17 и второго формирователя 18, схемы И.19 и измерителя 20 временньпх интервалов, второй вход которого связан с выходом генератора. 9, первый вход - с выходом схемы И 19, входы которой соединены с выходами формирователей 14,18, входы узкополосных фильтров 11,15 связаны с выходом фотоприемника 10,

Устройство работает следующим образом.

Излучение источника одночастотного когерентного излучения направляется на светоделительный кубик 2, с помощью которого делится на две опорное и измерительное.Измег рительная часть излучения направляется на объект 6, который колеблется под действием напряжения, вырабатываемого генератором 5 электрических колебаний. Опорная часть излучения направляется на референтное зеркало 3, закрепленное на пьезокерамическом элементе 4, который получает питание от усилителя 7 с частотой, задаваемой генератором 5 электрических колебаний, и амплитудой, зада ваемой генератором 8 пилообразного

0

0

напряжения, запускаемого генератором 9 запускающих импульсов. Отраженные от контролируемого объекта 6 и референтного зеркала 3 составляющие излучения направляются на фотоприемник 10. Выходной сигнал фотоприемника 10 несет информацию о .параметрах движения контролируемого объекта 6. После выделения первой гармоники выходного сигнала фотоприемника 10 первым узкополосным фильтром 11 амплитуда этой гармоники имеет вид

и CI ( и, - t-i,(. л ;,

где С -константа, определяемая пара- метрами интерферометра;

I ( - о 7

функция Бесселя 1-го

4 ii So порядка аргумента - ;

Д - длина волны источника когерентного излучения; Sj - результирующая амплитуда колебаний, определяемая разностью амплитуд референтного зеркала 3 и поверхности исследуемого объекта 6. При некоторых значениях аргумента Бесселевой функции 1-го порядка 4 п5о/ Л амплитуда 1-ой гармоники обращается в нуль. Эти моменты регистрируются с помощью первого нуль- индикатора 13, на который подается сигнал с первого усилителя-ограничителя 12. Импульсы, свидетельствующие о моменте перехода Бесселевой.функции через нуль, поступают на первый формирователь 14 импульсов.

Сигнал с выхода фотоприемника 10 также поступает на второй узкополосный фильтр 15, настроенный на вторую гармонику измеряемых колебаний. Амплитуда этой гармоники имеет вид

и CI и 1 %

/

где 1(-) - функция Бесселя 2-го

порядка аргумента

4 й Ьо - .С помощью измерительной цепи,состоящей из второго узкополосного фильтра 15, второго усилителя-ограничителя 16, второго нуль-индикатора 1 7 и второго формирователя 18

10

15

20

93498

импульсов фс рмяруются импульсы, соответствующие моментам перехода Бесселевой функции 2-го порядка через нуль.

В начальный момент времени контролируемый объект колеблется под действием напряжения генератора 5 электрических колебаний. С приходом запускающего импульса (фиг.2а) с генератора 9 запускающих импульсов включается генератор 8 пилообразного напряжения (фиг.26), который изменяет коэффициент усиления усилителя 7. При этом начинает колебаться референтное зеркало 3, закрепленное на пьезокерамическом элементе 4 с амплитудой, линейно возрастающей от нуля до максимального значения. Мгновенная оптическая разность хода в интерферометре при этом равна разности амплитуд колебаний контролируемого объекта 6 и референтного зеркала 3. Амплитуды первой и второй гар25 МОНИК интерференционного сигнала, выделенные фильтрами 11 и 15, изменяются в соответствии с функциями Бесселя 1-го (фиг.2в) и 2-го (фиг-. 2г) порядка соответственно. На выходе первого формирователя 14 импульсов возникают импульсы, соответствующие моментам перехода функции Бесселя 1-го порядка через нуль (фиг.2д), а на выходе второго формирователя 18 импульсов возникают импульсы, соответствующие моментам перехода функции Бесселя 2-го порядка через нуль (фиг.2е). Нулевые значения функций Бесселя 1-го и 2-го порядка совпадают только в момент равенства колебаний контролируемого объекта 6 и референтного зеркала 3. В Этот момент импульсы с выхода формирователей 14 и 18 поступают на вход схемы И 19 одновременно и на ее выходе возникает импульс, поступающий на вход измерителя 20 временных интервалов (фиг.2ж). Измеритель 20 временных интервалов включается импульсом от генератора 9 запускающих импульсов, а конец временного интервала задает импульс с выхода схемы И 19 (фиг.2ж). Временной интервал (tj,.,, фиг.2ж) прямо пропорционален амплитуде колебаний контро лируемого объекта. Таким образом достигается непрерывное измерение амплитуды колебаний в широком диапа- зоне значений, который ограничивает30

35

40

45

50

512

ся только максимально возможной амплитудой колебаний референтного зеркала.

Формула изобретения

Интерферометрическое устройство для измерения амплитуды механических колебаний, содержащее интерферометр Майкельсона, в опорном плече.которого на пьезокерамическом элементе установлено референтное зеркало, фотоприемник, оптически связанный с интерферометром, последовательно соединенные узкополосный фильтр, усилитель-ограничитель, первый нуль-индикатор и фop шpoвaтeль импульсов, выход фотоприемника связан с входом узкополосного фильтра, и генератор электрических колебаний, соединенный с контролируемым объектом, о т - личающее ся тем, что, с целью повьшения точности измерений оно снабжено последовательно соединенными вторым узкополосным фильтром

86

вторым усилителем-огргшичителем, вторым нуль-индикатором и вторым формирователем, схемой И, измерителем временных интервалов, генератором запускающих импульсов, генератором пилообразного напряжения и усилителем с автоматической регулировкой козффициента усиления, вход второго узкополосного фильтра связан с выходом фотоприемника, выходы формирователей импульсов подключены к входам схемы И, выход которой связан с первым входом измерителя временных интервалов, второй вход которого связан с выходом генератора запускаю- 1Щ-ГХ импульсов, выход которого связан с входом генератора пилообразного напряжения, выход которого связан с первым входом усилителя с автоматической регулировкой коэффициента усиления, второй вход которого связан с выходом генератора электрических колебаний , а выход под - ключей к пьезокерамическому элементу .

«. -.

}

ь

Б

Изобретение относится к измерительной технике.Целью изобретения является повышение точности измерений за счет устранения дискретности отсчета нулевых значений выходного сигнала. Интерферометрическое устройство для измерения амплитуды механических колебаний состоит из источника 1 одночастотного когерентного излучения, излучение которого направляется на светоделительный кубик 2 и делится на опорное и измерительное.. Измерительная часть излучения направляется на объект 6, который колеблется под действием генератора 5 электрических колебаний. Опорная часть излучения направляется на референтное зеркало 3, закрепленное на пьезокерамическом элементе 4, который подключен к усилителю 7 с автоматической регулировкой коэффициента с (О

Составитель С.Конюхов Редактор М.Товтин Техред М.Ходанкч Корректор Л.Пилипенко

Заказ 372/42 Тираж 500Подписное

ВНИ11ПИ 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