Лазерный однокомпонентный измеритель вибрации Советский патент 1987 года по МПК G01H9/00 

лучающий на трех длинах волн -л, jTi, j, луч от которого пространственно совмещается на поляризованном расщепителе 2 с лучом от второго оптического квантового генератора 34, который необходим при измерении параметров вибрации удаленных объектов. Сов- мещенный луч, проходя через центральное отверстие диафрагмы 3, фокусируется объективом 4 на диффузно рассеивающей колеблющейся поверхности 5. Рассеянное излучение собирается объективом 4 и через три пары отверстий диафрагмы 3 направляется на смесители 12, 15 и 19, на первых выходык которых установлены первые интерференци- альные светофильтры на длины волн 9, ,

1

Изобретение относится ,к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров вибрации диффузно рассеивающих объектов.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет повышения отношения сигнал/шум.

На фиг.1 представлена блоктсхема устройства; на фиг.2 - диафрагма с указанием расстояний между попарно симметричными отверстиями.

Лазерный однокомпонентный измеритель вибрации содержит расположенные на одной оптической оси первый оптический квантовый генератор 1, излучающий на трех длинах волн А, , Х и X J , поляризационный расщепитель 2, диафрагму 3 с семью отверстиями, расположенными на одной оси, центральное отверстие находится на оси квантового генератора 1, остальные отверстия попарно симметричны относительно центрального отверстия и образуют первую, вторую и третью пары отверстий, которые расположены в порядке возрастания расстояния между отверстиями в паре, и фокусирующий объектив 4, фокусирующий излучение на диф- фузно рассеивающей колеблющейся поверхности 5 объекта и собирающий рассеянные лучи 6 - 11 в пределах отверстий диафрагмы 3, первый смеситель 12 с двумя выходами, состоящий из

соответственно, и далее на фотоприемник 27 о Расстояния между отг- верстиями в парах отверстий диафрагмы 3 выбраны таким образом, чтобы в результате оптического гетеродирования рассеянного излучения на трех длинах волн , , 9 и К на выходе фотоприемника 27 формировалась переменная составляющая сигнала, частота которого пропорп юнальна виброскорости, а амплитуда равна суперпозиции трех допле- ровских сигналов одной частоты. Сигнал с выхода фотоприемника 27 поступает в измеритель 33 доплеровской частоты, с помощью которого регистрируются амплитуда, частота вибрации и виброскорость. 2 ил.

последовательного расположенных первого зеркала 13 и первого светоделителя 14, оптически связанный с первой парой отверстий диафрагмы 3, второй

смеситель 15 с двумя выходами, состоящий из последовательно расположенных второго зеркала 16, первого фазорегулятора 17 и второго светоделителя 18, оптически связанный с второй парой отверстий диафрагмы 3, третий смеситель 19 с двумя выходами, состоящий из последовательно расположенных третьего зеркала 20, второго фазорегулятора, 21 и третьего светоделителя 22, оптически связанный с третьей парой отверстий диафрагмы 3, первый интерференционный светофильтр 23 на длину волны Л, , первый интерференционный светофильтр 24 на длину

волны 9 и первый интерференционньш светофильтр 25 на длину волны з , расположенные на первых выходах первого 12, второго 15 и третьего 19 смесителей соответственно, первый собирающий объектив 26, фотоприемник 27, через объектив 26 связанный с выходами интерференционных светофиль-- тров 23 - 25, второй интерференционный светофильтр 28 на длину волны

7, , второй интерферен1щонный светофильтр 29 на длину волны второй интерференционный светофильтр 30 на длину волны ij, расположенные на :

3

вторых выходах первого 12, второго 15 и третьего 19 смесителей соответ ственно,.. второй собирающий объектив 31, световод 32, связывающий выходы интерференционных светофильтров 28 ,30 через объектив 31 с фотоприемником 27, измеритель 33 доплеровской частоты, вход которого электрически связан с выходом фотоприемника 27, а также оптически связанные второй оптический квантовый генератор 34, излучающий на трех длинах волн Л, ,

7, Tvj , и вращатель 35 плоскости поляризации, через который квантовый генератор 34 связан с поляризованным расщепителем 2.

Устройство работает следующим образом.

Луч от квантового генератора 1, пройдя через центральное отверстие диафрагмы 3, фокусируется объективом 4 на диффузно рассеивающей колеблющейся поверхности 5. Рассеянное излучение собирается объективом 4 и чере .Три пары отверстий диафрагмы 3 направляется на смесители 12, 15 и 19, Рассеянный луч 6, пройдя через отверстие а, диафрагмы 3 (фиг.2), поступает на вход первого смесителя 12, отражается от первого зеркала 13 и проходит первый светоделитель 14. Одновременно луч 7, пройдя через отверстие Oj диафрагмы 3 (фиг.З), отражается от первого светоделителя 14 и пространственно совмещается с лучом 6. Далее пространственно совмещенные лучи 6 и 7 проходят через первый интерференционный светофильтр 23 на длину волны -л, и через объектив 26 направляются на фотоприемник 27о

Аналогичным образом пространственно совмещаются рассеянные лучи 8 и 9, прошедшие через отверстия S, и S диафрагмы 3 (фиг;2), с помощью второго смесителя 15 и рассеянные лучи 10 и 11, прошедшие через отверстия 5 и bj диафрагмы 3 (фиг.2) с помощью третьего смесителя 19. Далее пространственно совмещенные лучи 8и9, 10и11, .пройдя через первый интерференционный светофильтр 24 на длину волны Aj и первый интерференционный светофильтр 25 на длину волны «д соответственно, направляются объективом 26 на фото- приемник 27.

Если расстояние между отверстиями в парах отверстий диафрагмы 3 выбрать равньми

1,2F tg arcsin | sin(arc tgii;) ,

,3

где F - фокусное расстояние объектива 4;

1; - расстояние между отверстиями в парах отверстий диафрагмы 3 (фиг.2);

i; - длины волн излучения оптического квантового генератора 1, то в результате оптического гетеро- дирования рассеянного излучения на

трех длинах волн t, , }. , на выхо- Дб фод оприемника 27 формируется переменная составляющая сигнала, частота которого пропорциональна виброскорости, а амплитуда равна суперпозиции трех доплеровских сигналов одной час- тоты. Для того, чтобы результирующий сигнал был максимален, эти три сигнала должны быть синфазны. С этой целью во втором 15 и третьем 19 смесителях установлены первый 17 и второй 21 фазорегуляторы соответственно.

Для увеличения мощности полезного сигнала рассеянное излучение с вторых в.ыходов смесителей 12, 15 и 19, не попавшее на первые светофильтры 23 - 25, направляется на вторые ин-, терференционные светофильтры 28 - 30, настроенные на длины волн , , Т , Лз соответственно. Далее излучение с помощью объектива 31 и световода 32 направляется на фотоприемник 27.

В тех случаях, когда необходимо измерить параметры вибрации объекта 5, находящегося на большом расстоянии, а мощности квантового генератора

1недостаточно, то необходимо использовать второй квантовый генератор 34, излучающий также на трех длинах волн A,,7ij ,7, Линейно поляризованный уч с помощью вращателя 36 плоскости

поляризации преобразуется в линейно поляризованное излучение с азимутом, отличающимся от азимута линейно поляизованного луча генератора 1 на 90 , помощью поляризованного расщепителя

2лучи пространственно совмещаются затем фокусируются объективом 4 а поверхности 5 объекта.

Далее устройство работает анало- гично описанному при использовании только одного квантового генератора. .-. Сигнал с выхода фотоприемника 27 поступает в измеритель 33 доплеровской частоты, с помощью которого реги513

стрируются амплитуда, частота вибра- 1ЩИ и виброскорость.

Формула изобретения

Ч

Лазерный однокомпонентный измеритель вибрации, содержащий оптически связанные первый оптический квантовый генератор, оптический преобразователь, диафрагму и фокусирующий объектив, первый и второй светоделители, делящие лучи на два пучка, первое, второе и третье зеркала,.первый и второй собираю1цие объективы, первый интерференционный светофильтр на длину волны 7, , первый интерференционный светофильтр на длину вол- ,ны , фотоприемник и блок обработки, вход которого связан с выходом фотоприемника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен вторым оптическим квантовым генератором, вращателем плоскости поляризации, расположенньм между вторым оптическим квантовым генератором и оптическим преобразователем, третьим светоделителем, делящим луч на два пучка, первым и вторым фазорегуляторами, первым интерференционным светофильтром на длину волны АЗ вторым интерференционным светофильтром на длину волны Л, , вторым интерференционным светофильтром на длину волны , вторым интерференционным светофильтром на длину волны Л и световодом, первый и второй оптические квантовые генераторы выполнены с возможностью излучения на трех длинах волн Д, , Az s оптический преобразователь выполнен в виде поляризационного расщепителя, диафрагма выполнена с семью отверс8

тиями, центральное отверстие находится на оси первого оптического квантового генератора, остальные отверстия

попарно симметричны относительно цен-

трального отверстия и образуют первую, вторую и третью пары отверстий, которые расположены в порядке возрастания расстояния между отверстиями в паре, первое зеркало расположено на оси, проходящей через одно из от- верстий первой пары диафрагмы, и оптически связано с первым светоделителем, расположенным на оси, проходящей через другое отверстие диафрагмы первой пары, BTopioe зеркало расположено на оси, проходящей через одно из отверстий диафрагмы второй пары, и оптически связано через первый фазоре- гулятор с вторым светоделителем, расположенным на оси, проходящей через другое отверстие диафрагмы второй пары, третье зеркало 15асположено на оси, проходящей через одно из отвер- стий третьей пары диафрагмы, и оптически связано через второй фАзорегу- лятор с третьим светоделителем, расположенным на оси, проходящей через другое отверстие диафрагмы третьей пары, первые интерференционные светофильтры на длины волн h , и расположены на выходах первого, второго и третьего светоделителей соответственно и через первый собирающий объектив связаны с фотоприемником, вторые интерференционные Светофильтры на длины волн 7, , f -к К расположены на других выходах первого, второго и третьего светоделителей соответст- венно и через второй собирающий объектив и светопровод связаны с фотоприемником, блок обработки выполнен в виде измерителя доплеровской частоты.

Редактор А.Огар

Составитель С.Конюхов

Техред М.Дидык Корректор Г.Решетник

Заказ 4427/45 Тираж 499Подписное

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

Фиг, 2

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет повьшения отношения сигнал/шум. Лазерный однокомпонентный измеритель вибрации содержит первый оптический квантовый генератор 1, изчг fQ rZl i / L/rr±т 11 Г. 1 . - ЦШ -tp L/rr±т 11 Г. 1 . Ш -tp ,, I ijim 0J S (Л со 4 (. N со 00 фиг. 1