Лазерный измеритель вибрации Советский патент 1988 года по МПК G01H9/00 

ИзоВретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров вибрации диффузно-отражаюп|их поверхностей.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений за счет возможности измерения двух ортогональных составляющих вектора вибрации.

На фиг.1 представлена блок-схема лазерного измерителя; на фиг.2 - блок-схема измерителя повышенной точности.

Измеритель содержит оптически связанные оптический квантовый генератор 1, первый светоделитель 2, делящий луч на два пучка, второй светоделитель 3, делящий луч на два пучка, расположенный по ходу второго пучка от первого светоделителя 2, зеркало 4, второй блок 5 сдвига частоты, через зеркало 4 связанный с первым пучком от второго светоделителя 3, расщепитель 6, делящий луч на два параллельных пучка, расположенный по ходу второго пучка от второго светоделителя 3, третий блок 7 сдвига частоты, расположенный по ходу первого пучка от расщепителя 6, преобразователь 8 поляризации, расположенный по ходу ; второго пучка расщепителя 6, поворотное зеркало 9, фокусирующий объектив

вого частотного дискриминатора 20, вход которого является входом соответствующего блока регистрации, час тотного детектора 21, пикового детектора 22, первого усилителя 23, вход которого связан с выходом частотного детектора 21, второго усилителя 24, вход которого связан с вы10 ходом пикового детектора 22, измеру- теля 25 отношения напряжения, первый вход которого связан с выходом первого усилителя 23, второй вход - с выходом второго усилителя 24, цифрово15 го вольтметра 26, вход которого связан с выходом измерителя 25 отношения напряжения, и частотомера 27, вход которого связан с выходом частотного дискриминатора 20, входами частотно20 го 21 и пикового 22 детекторов.

I

Лазерный измеритель вибрации повышенной точности содержит дополнительно первый блок 28 (фиг.2) сдвига

25 частоты, расположенный по ходу второго пучка от первого светоделителя 2 и связанный с вторьт выходом второго генератора 15 высокой частоты, четвертый блок 29 сдвига частоты,

30 расположенный по ходу второго пучка от расщепителя 6 и связанный с вто- гым выходом первого генератора 14, последовательно связанные первый полосовой фильтр 30 и первый смеси10, фокусирующий излучение на диффуз- g тель 31, второй вход которого свя- но-рассеивающей колеблющейся поверх- зан с первьп выходом первого генера- ности 11 объекта, связанный с выхода- тора 14 высокой частоты, выход - с ми блоков 7 и 5 сдвига частоты, преобразователя 8 поляризации и первым

вторым входом первого блока 17 регистрации, последовательно связанные

пучком от первого светоделителя 2, собирающий объектив 12, фотоприемник 13, через- объектив 12 связанный с поворотным зеркалом 9, первый генератор 14 высокой частоты, первый выход которого связан с электрическим входом третьего блока 7 сдвига частоты, второй генератор 15 высокой частоты, первый выход которого связан с электрическим входом второго блока 5 сдвига частоты, последовательно соединенные третий полосовой фильтр 16 и первый блок 17 регистрации, последовательно соединенные четвертый полосовой фильтр 18 и второй блок 19 регистрации, вход третьего полосового фильт- ра 16 связан с входом четвертого полосового фильтра 18 и выходом фотоприемника 13. Каждый из блоков 17 и 19 регистрации выполнен в пиде первого частотного дискриминатора 20, вход которого является входом соответствующего блока регистрации, частотного детектора 21, пикового детектора 22, первого усилителя 23, вход которого связан с выходом частотного детектора 21, второго усилителя 24, вход которого связан с выходом пикового детектора 22, измеру- теля 25 отношения напряжения, первый вход которого связан с выходом первого усилителя 23, второй вход - с выходом второго усилителя 24, цифрового вольтметра 26, вход которого связан с выходом измерителя 25 отношения напряжения, и частотомера 27, вход которого связан с выходом частотного дискриминатора 20, входами частотного 21 и пикового 22 детекторов.

I

Лазерный измеритель вибрации повышенной точности содержит дополнительно первый блок 28 (фиг.2) сдвига

частоты, расположенный по ходу второго пучка от первого светоделителя 2 и связанный с вторьт выходом второго генератора 15 высокой частоты, четвертый блок 29 сдвига частоты,

расположенный по ходу второго пучка от расщепителя 6 и связанный с вто- гым выходом первого генератора 14, последовательно связанные первый полосовой фильтр 30 и первый смеситель 31, второй вход которого свя- зан с первьп выходом первого генера- тора 14 высокой частоты, выход - с

вторым входом первого блока 17 регистрации, последовательно связанные

второй полосовой фильтр 32 и второй смеситель 44, второй вход которого связан с первым выходом второго генератора 15 высокой частоты, выход - с вторым входом второго блока 19 регистрации, вход первого полосового фильтра 30 связан с входом второго полосового фильтра 32 и вькодом фотоприемника 13, Каждый из блоков 17 и 19 регистрации дополнен вторым частотным дискриминатором 34, вход которого является вторым входом соответствующего блока регистрации, и дифференциальным усилителем 35, первый и второй входы которого связаны с выходами первого 20 и второго 34 частотных дискриминаторов соответственно, выход - с входами частотного детектора 21, пикового детектора 22 и частотомера 27.

Лазерный измеритель вибрации по- вьшенной точности работает следующим образом.

Оптический квантовый генератор 1 излучает линейно-поляризованный луч с частотой сОд и мощностью Р , который делится первым светоделителем 2 на два луча. Луч с второго входа первого светоделителя 2 делится на два луча вторым светоделителем 3, с первого выхода которого луч, отразившис от зеркала 4, поступает на второй блок 5 сдвига частоты, где осуществляется сдвиг по частоте на величину ,(,), Луч с первого выхода первого светоделителя 2 поступает на первый блок 28 сдвига частоты, где формируются два пучка, имеющих взаимно ортогональные линейные поляри- зации к частоты и OQ 3Q,, Луч с второго выхода второго светоделителя 3 делится на два луча расщепителем 6. Частота луча с первого выхода расщепителя 6 смещается третьим блоком 7 сдвига частоты на величину ) Луч с второго выхода расщепителя 6 поступает на четвертый блок 29 сдвига частоты, где формируются два пучка, имеющих взаимно ортогональные линейные поляризации и частоты со и СОв + Зй,, Лучи с выходов первого 28 и второго 5 блоков сдвига частоты симметричны относительно оптической оси схемы и имеют равную интенсив- ность, луч с выхода второго блока 5 сдвига частоты и пучок частотой со с выхода первого блока 28 сдвига частоты имеют линейную с азимутом 45 и вертикальную линейную поляризацию, Лучи с выходов третьего 7 и четвертого 29 блоков сдвига частоты также симметричны относительно оптической оси схемы и имеют равную интенсивность. Луч с выхода третьего блока 7 сдвига частоты и пучок частотой СЭ с выхода четвертого блока 29 сдвига частоты имеют линейную с азимутом 45 и горизонтальную линейную поляризацию Далее параллельные лучи с выходов блоков 5, 7, 28 и 29 сдвига частоты фокусируются объективом 10 на поверхности 11 объекта измерения. Рассеянное излучение, промодулированное по частоте, вследствие доплеровского зффекта направляется объективом 12- на фотоприемник 13, на выходе которого образуются сигналы, имеющие переменные составляющие на частотах

. JQ jj 20 25 ЗО , дО 45

50

5

n, + Oij,; 2Q,,,;

|

где СОау чч доплеровские сдвиги частот по горизонтальной и вертикальной осям соответственно,

и помехи на других комбинационных

частотах.

Сигналы с частотами Q, +Wc|u и 29, - (Л о U выделяются четвертым 18 и вторым 3/ полосовыми фильтрами соответственно. На выходе второго смесителя 33 выделяется сигнал с частотой 1 . Далее сигналы с частотами Q, +030.1 и Q, - СОаи поступают на частотные дискриминаторы 20 и 34 соответственно, на выходе которых они имеют одинаковые амплитуду и частоту, но находящиеся в противофазе, за счет чего на дифференциальном усилителе 35 происходит удвоение полезного сигнала при одновременном уменьшении шумов. На выходе цепочки частотный детектор 21 - первый усилитель 23 получают сигнал, пропорциональный частоте колебания объекта 11, на выходе цепочки пиковый детектор 22 - второй усилитель 24 - сигнал, пропорциональный произведению амплитуды вертикальной составляющей вибрации на ее частоту. На выходе измерителя 25 отношения напряжения цифровой вольтметр 26 регистрирует амплитуду вертикальной составляющей вибрации. Частотомер 27 измеряет частоту вибрации объекта 11. Таким образом, второй блок 19 регистрации обеспечивает измерение амплитуды и частоты вертикальной составляющей вектора вибра1щи. Сигналы с частотами О.+СЛа,и 2 Oj - сОд вьщеляются третьим 1 6 и первым 30 полосовыми фильтрами. На выходе первого смесителя 31 выделяется сигнал с частотой Qj-Oan, Далее сигналы с частотой Qi+OayH QJ-Qa поступают на входы первого блока 17 регистрации, который обеспечивает измерение амплитуды и частоты горизонтальной составляющей вектора вибрации. В тех случаях, когда требуется большая мощность пучков, используется второй оптический квантовый генератор 36, луч от которого направляется на расщепитель 6, оптически согласованный с ним. В зтом случае второй светоделитель 3 не используется.

51

Поляризации зондирующих пучков могут быть также круговыми, что позволяет для некоторых рассеивающих объектов использовать большую угловую апертуру приемной оптики, Дпя этого дополнительно устанавливается четвертьволновая пластина 37 и в качестве преобразователя 8 поляризации также используется четвертьволновая пластина, с помощью которых поляризации лучей устанавливаются соответственно левоциркулярной и правоцир- кулярной.

Формула изобретения

1. Лазерньш измеритель вибрации, содержапщй оптически связанные оптический квантовый генератор, первый светоделитель, делящий луч на два пучка, второй светоделитель, делящий луч на два пучка и расположенный по ходу второго пучка от первого светоделителя, зеркало, расположенное по ходу первого пучка от второго светоделителя, расщепитель, два блока сдвига частоты, поворотное зеркало, фокусирующий объектив, связанный с выходами блоков сдвига частоты, со- бираюгщй объектив, фотоприемник, через собирающий объектив связанный с поворотным зеркалом, первый генератор высокой частоты, первьй блок регистрации, состоящий из первого частотного дискриминатора, вход кото рого является первым входом блока регистрации, последовательно соединенных частотного детектора, первого усилителя, измерителя отношения напряжения и цифрового вольтметра, последовательно соединенных пикового детектора и второго усилителя, выход которого связан с вторым входом измерителя отношения напряжения, частотомера, вход которого связан с входами частотного и пикового детекторов, отличающийся тем, что, с целью расщирения диапазона измерений, он снабжен преобразователем поляризации, вторым генератором высо- кой частоты, двумя полосовыми фильтрами, вторым блоком регистрации, идентичным первому блоку регистрации первый блок сдвига частоты расположен по ходу первого пучка второго све тоделителя, отраженного от зеркала, его электрический вход связан с первым выходом второго генератора высо

о

5

5 5 5

0

5

986

кой частоты, расщепитель расположен по ходу второго пучка от второго светоделителя, второй блок сдвига частоты расположен по ходу первого пучка от расщепителя, его электрический вход связан с первым выходом первого генератора высокой частоты, преобразователь поляризации расположен по ходу второго пучка от расщепителя, вход первого полосового фильтра связан с входом второго полосового фильтра и выходом фотоприемника, выход первого полосового фильтра связан с первым входом первого блока регистрации, выход второго полосового фильтра связан с первым входом второго блока регистрации, в каждом блоке регистрации вькод частотного дискриминатора связан с входами частотного и пикового детекторов и частотомера,

2, Измеритель по п.I, о т л и - чающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен двумя дополнительными блоками сдвига частоты, двумя дополнительными полосовыми фильтрами, двумя смесителями, каждый из блоков регистрации дополнен вторым частотным дискриминатором и дифференциальным усилителем, первый дополнительный блок сдвига частоты расположен по ходу первого пучка от первого светоделителя, его электрический вход связан с вторым выходом второго генератора высокой частоты, второй дополнительный блок сдвига частоты расположен по ходу второго пучка от расщепителя, его электрический вход связан с вторым выходом первого генератора высокой частоты, вход первого дополнительного полосового фильтра связан с входом второго дополнительного полосового фильтра и выходом фотоприемника, выход - с первым входом первого смесителяJ второй вход каждого связан с первым выходом первого генератора высокой частоты, выход - с вторым входом первого блока регистрации, выход второго дополнительного полосового фильтра - с входом второго смесителя, второй вход которого связан с первым выходом второго генератора высокой частоты, выход - с вторым входом второго блока регистрации, для каждого блока регистрации вход второго частотного дискриминатора является вторым входом блока регистрации, выходы первого и второго частотных дискриминаторов соединены с первым и вторым входами дифференциального усилителя соответственно, выход которого связан с входами частотного и пикового детекторов и частотомера.

3, Измеритель по п.1, отличающийся тем, что преобразователь поляризации выполнен в виде полуволновой пластины, два блока сдвига частоты вьшолнены в виде последовательно установленных четвертьволновой пластины, электрооптического кристалла и второй четвертьволновой пластины.

372I988

4.Измеритель по п.1, о т л и - чающийся тем, что он снабжен четвертьволновой пластиной, установI ленной по ходу первого луча от первого светоделителя, преобразователь поляризации выполнен в виде четвертьволновой пластины, два блока сдвига частот выполнены в виде последова- 1Q тельно установленных четвертьволновой пластины и электрооптического кристалла.

5.Измеритель по п.I, отличающийся тем, что он снаб15 жен гг-торым оптическим квантовым генератором, который оптически согласован с расщепителем.

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является расширение диапазона измерений за счет возможности излучения двух ортогональных составляющих вектора вибрации. Лазерный измеритель вибрации содержит оптически связанные оптический квантовый генератор 1, первый светоделитель 2, второй светоделитель 3, первый, второй, тре тий и четвертый блоки 28, 5, 7 и 29 .сдвига частоты, на выходах которых J- X О L-, формируются зондирующие лучи заданной частоты и поляризации. Далее эти параллельные лучи фокусируются объек- тивом 10 на поверхности 11 объекта измерения. Рассеянное излучение направляется на фотоприемник 13, на выходе которого образуются сигналы, характеризующие горизонтальную и вертикальную составляющие вектора вибрации. Первый блок 17 регистрации обеспечивает измерение амплитуды и частоты горизонтальной составляющей вектора вибрации, второй блок 19 регистрации обеспечивает измерение амплитуды и частоты вертикальной составляющей вектора вибрации. В тех случаях, когда требуется большая мощность пучков, используется второй оптический квантовый генератор 36, луч которого направляется на расщепитель 6. В этом случае второй светоделитель 3 не используется. 4 з.п. ф-лы, 2 ил. 9 10 (Л ф«УГ.

J.6

г--. II/