Устройство для бесконтактного дистанционного измерения параметров ультразвуковых колебаний Советский патент 1989 года по МПК G01N29/06 

5К(Л

Изобретение относится к неразрушающему контролю акустическими методами. Цель изобретения - повышение точности измерений параметров ультразвуковых колебаний объектов с переменным коэффициентом отражения достигается путем устранения погрешностей, связанных с нестабильностью интенсивности излучения источника и нестабильностью коэффициента отражения объекта за счет автоматической регулировки интенсивности выходного сигнала измерительного интерферометра с отрицательной обратной связью на заданной частоте. Источник излучения 1 формирует поток излучения, который, попадая в интерферометр, образованный светоделительным кубиком 4, отражающей поверхностью электромеханического преобразователя 5 и поверхностью 6, связываемой с объектом, формирует интерференционную картину в плоскости чувствительного элемента фотоприемника 7. Для компенсации нестабильностей оптическая длина опорного плеча интерферометра модулируется с помощью колебаний отражающей поверхности электромеханического преобразователя 5, который возбуждается через сумматор 13 генератором 12 на заданной частоте. Сигнал этой частоты выделяется на выходе интерферометра с помощью полосового фильтра 15 и служит для управления коэффициентом передачи блока 17 восстановления амплитуды так что он пропускает на вход блока 18 регистрации полезный сигнал с амплитудой, не зависящей от нестабильностей отражающей поверхности и источника 1 излучения.

ел

О5 СО О) СХ

сигнала измерительного интерферометр с отрицательной обратной связью на заданной частоте. Источник излучения 1 формирует поток излучения, который, попадая в интерферометр, образованный светоделительным кубиком А, отражающей поверхностью электромеханического преобразователя 5 и поверхностью 6, связываемой с объектом, формирует интерференционную картину в плоскости чувствительного элемента фотоприемника 7. Дпя компенсации иестабильностей оптическая длина опорного плеча интерферр- метра модулируется с помощью колеИзобретение относится к неразрушающему контролю акустическими методами и может быть использовано для дефектоскопии изделий в медицине,

Цель изобретения - повышение точности измерения параметров ультразвуковых колебаний объектов с переменным коэффициентом отражения путем устранения погрешностей, связанных с нестабильностью интенсивности излучения источника и с нестабильностью коэффициента отражения объс. Ч- та за счет автоматической регулировки интенсивности выходного сигнала измерительного интерферометра с помощью отрицательной обратной связи на заданной частоте.

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - блок-схема одного из вариантов выполнения блока восстановления амплитуды,

Устройство содержит источник 1 оп ического излучения, диафрагму 2, длиннофокусную линзу 3, измерительный интерферометр, состоящий из светоделительного кубика 4, отражающей поверхности электромеханического преобразователя 5 и отражающей поверхности 6 (например, объекта), первый 7 и второй В фотоприемники, дифференциальный усилитель 9, первый фильтр 10 нижних частот, усилитель 11 автоподстройки, генератор 12, сумматор 13, светоделитель 1Д, полосовой фильтр 15, второй фильтр 16 нижних частот, блок 17 восстановления амплитуды и блок 18 регистрации.

баний отражающей поверхности электромеханического преобразователя 5, который возбуждается через сумматор 13 генератором 12 на заданной частоте. Сигнал этой частоты выделяется на выходе интерферометра с помощью полосового фильтра 15 и служит для управления коэффициентом передачи блока 17 восстановления амплитуды так, что он пропускает на вход блока 18 регистрции полезный сигнал с амплитудой, не зависящей от нестабильноетей отражающей поверхности и источника 1 излучения 2 ил.

Блок 17 восстановления амплитуды может выполнегн в варианте, содержащем Детектор 19 огибающей, аналого-цифровой пре,С)бразокател11

5 (АЦП) 20, постоянный запоминающий блок - : 1 . представляющий собой постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), и умножаю;ций цифроаналоговый преобразователь 22 УЦАП) ,

0 Устройство работает следующим образом,

Сфокусированное линзой 3 изпуче- лазера 1 вводится в образованный светоделительным кубиком 4, отражаю5 поверхностью электромеханического преобразоБЛ еля 5 и поверхяостью 6, связываемой с объектом, интирферо- метр.

Интенсивность света в интерферен0 ционной картине фотоприемник 7 преобразует в электрический сигнал, в котором наряду с полезными составляющими, несущими информацию о ультразвуковых колебаниях, присутст5 вует помеха, источниками которой являются флуктуация интенсивности излучения лазера 1 и вибрация оптических элементов установки совместно со смещениями и вибрацией поверхности 6, При прохождении этого сигнала через дифференциальный усилитель 9 из него вычитается поданный на второй вход дифференциального усилителя 9 сигнал с выхода второго фотоприемника 8, регистрирующего флуктуации интенсипности излучения лазера 1, что обеспечивает подавление помехи, связанной с флуктуацией интенсивност 1 излучения лазера 1 ,

0

5

5

Сигнал с выхода дифференциального усилителя 9 через фильтр 10 нижних частот, задерживающий полезный сигнал и пропускающий вторую из названных составляющую помехи, поступает на вход усилителя 11 автоподстройки который приводит поданный на его вход сигнал к уровню, необходимому для управления электромеханическим преобразователем 5 так, что смещение его зеркально отражающей поверхности под действием этого сигнала компенсировало фазовый сдвиг, возникающий из-за неинформатнвных смещений контролируемой поверхности 6, а также из-за вибраций оптических элементов установки. Выходной сигнал дифференциального усилителя 9 содержит информацию только о конролируемых ультразвуковых колебания и о колебаниях отражающей поверхности электромеханического преобразователя 5 под действием сигнала генератора 12. Эти сигналы промоду- лированы по амплитуде вследствие изменения коэффициента передачи интерферометра, вызываемого перемещением из-за изменения коэффициента отражения контролируемой поверхности 6 рабочий точки интерферометра по Передаточной характеристике. Поэтому для поддержания пос-тоянного масштаба преобразования амплитуды ультразвуковых колебаний в электрический сигнал осуществляется компенсация изменения коэффициента передачи интерферометра.

Поскольку отражающая поверхность электромеханического преобразователя 5 колеблется с постоянной амплитудой, определяемой сигналом, вырабатываемым генератором.12, то отношение значения амплитуды, зарегистрированного фотоприемником 7 и выделенного полосовым фильтром 15 контрольного сигнала, в случае нахождения рабочей точки интерфермет- ра на максимально крутом участке передаточной характеристики, к теку щему значению амплитуды контрольного сигнала, представляет собой коэффициент, на который необходимо умножить амплитуду сигнала, соответствующего ультразвуковым колебаниям контролируемой поверхности 6, чтобы сохранить неизменным масштаб преобразования амплитуды ультразвуковы колебаний в электрический сигнал.

69686

отображаемый блоком 18 регистрации. Формирование названного коэффициента и умножение на него информационного сигнала вьтолняет блок 17 восстановления амплитуды сигнала.

Вариант реализации блока 17 фушс- ционирует следующим образом.

Контрольный сигнал, вьщеленный

Q полосовым фильтром 15, поступает на вход детектора 19 огибающей, вход которого является также вторым входом блока 17 восстановления амплитуды сигнала. Продетектированный

5 сигнал преобразуется АЦП 20 в цифровой код, являющийся адресом для ПЗУ 21, в котором хранится заранее сформированная таблица корректирующих коэффициентов управляющих УЦАЛ 22,

20 на вход опорного напряжения которого, являющийся также первым входом блока 17 восстановления амплитуды сигнала, подается выделенный вторым фильтром

16низких частот информационный сиг- 5 нал, который, умножаясь в УЦАП 22

на корректирующий коэффициент, приводится к заданному масштабу преобразования амплитуды ультразвуковых колебаний в электрический сигнал, 30 регистрируемый подключенным к выходу УЦАП 22 блоком 18 регистрации.

Таблица корректирующих коэффициентов, хранящаяся в ПЗУ 21, формируется так, чтобы при подключении к обоим входам блока 17 восстановления амплитуды сигнала выхода полосового фильтра 15 (второй фильтр 16 нижних частот при этом отключается от блока

17восстановления a mлитyды сигнала) и при изменении коэффициента отражения контролируемой поверхности в диапазоне, характерном для данного класса поверхностей, измерительный прибор 18 регистрировал сигнал неизменной амплитуды.

Аз

Формула изобретения

Устройство для бесконтактного гп дистанционного измерения параметров ультразвуковых колебаний, содержащее источник оптического излучения, выполненный в виде лазера, установлен- ные по ходу луча диафрагму, длинно- г фокусную линзу, измерительный интерферометр и первый фотоприемник, второй фотоприемник, оптически связанный с выхоДом источника оптического излучения, электромеханический прсюб5

0

разователь, поверхность которого является зеркалом опорного канала измерительного интерферометра, фильтр нижннх частот, блок регистрации, дифференциальный усилитель, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго фотоприемников, а выход соединеи с входом фильтра нижних « астот, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения параметров ультразвуковых колебани объектов с переменным коэффициентом отражения, оно снабжено усилителем автоподстройки, генератором, сумматром, входы которого соединены с вы

ходами усилителя автоподстройки и генератора, а выход - с входом электромеханического преобразователя, полосовым фильтром, вторым фильтром нижних частот и блоком восстановления амплитуды. Первый вход которого соединен с выходом второго фильтра нижних частот, второй вход - с выходом полосового фильтра, а выход - с входом блока регистрации, входы второго фильтра нижних частот и полосового фильтра соединены с выходом дифференциального усилителя, вход усилителя автоподстройки соединен с выходом первого фильтра нижних частот.

I

.J

Фиг.г