Оптоэлектронный способ измерения механических колебаний и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК G01B21/00 

фиг.1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения механических колебаний, и может быть использовано для измерения амплитудных и фазовых характеристик ультразвуковых, звуковых и инфраэву- ковых, звуковых и инфразвуковых механических колебаний.

Цель изобретений - расширение диа- пазона измеряемых частот и амплитуд вибраций - достигается за счет использования модуляции полупроводникового лазера, который можно перестраивать в широком диапазоне частот.

На фиг. 1 показана блок-схема виброизмерителя, реализующего способ; на фиг. 2 - график зависимости глубины модуляции излучения полупроводникового лазера от разности фаз (j между его электрическим током модуляции и скоростью инжекции фотонов от отражающей вибрирующей поверхности измеряемого объекта.

Виброиэмеритель (фиг. 1) содержит генератор 1 гармонических колебаний, фазовращатель 2, выполненный, например, на RC-цепочке или отрезке передающего тракта, разделительный конденсатор 3, полупроводниковый лазер источник 5 постоянного тока, коллиматор 6, зеркало 7, связываемое с объектом измерения, и фотоприемник 8.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

С помощью источника питания, включающего в себя генератор 1 гармонических колебаний, фазовращатель 2, разделительный конденсатор 3 и источник 5 постоянного тока на лазер 4 подают постоянный ток смещения и сигнал электрических колебаний, чем обеспечивают возбуждения лазера . Световой пучок с первого выхода лазера k через коллиматор 6 света направляют перпен- дикулярно на вибрирующую отражающую поверхность зеркала 7, связываемого с объектом. Отраженный от зеркала 7 свет через коллиматор 6 возвращается обратно на активную область лазера b через его первый оптический выход. Это приводит к амплитудной модуляции лазера, глубина которой регистрируется с помощью фотоприемника 8, оптически связанного с вторым выходом лазера Калибровка и процесс измерения иллюстрируется зависимостью глубины модуляции Ј оси разности фаз между переменной составляющей тока 1„ер. источника

и скоростью ижекции фотонов. Для Q6 СЭссС0ре, гдеС06 , СОС , U ре - соответственно частота вибрации зеркала 7, частота генератора 1 и резонансная частота лазера , зависимость Ј (Ч) приведена на фиг. 2. Постоянную составляющую Lf0 фазы ц выбирают из условия получения максимальной амплитуды Л VQICC модуляции выходного оптического сигнала на втором оптическом выходе лазера с частотой СОВ, т.е. d /cKflq q max. Это условие достигается путем изменения расстояние от лазера до отражающей поверхности 7, а также путем изменения фазы сигнала электрических колебаний при помощи фазовращателя 2. Острота резонансного характера зависимости w от q определяется постоянным током IQ смещения лазера k от источника 5, а также амплитудой Iпер сигнала электрических колебаний от генератора 1, Поэтому проводят настройку устройства для получения максимальной амплитуды модуляции выходного оптического сигнала на втором выходе лазера путем подбора величин 10 и 1пер. Частоту сос устанавливают обратно пропорционально амплитуде йА вибраций поверхности 7 измеряемого объекта (tOc 1/&А) . При этом достигают максимальной линейности зависимости между /2 и Lf в рабочей точке (ро Проведенная настройка устройства на любой частоте Сл) СО ре. обеспечивает работу во всем диапазоне частот СОв вибраций поверхности 7 СКОВЛОС. С изменением частоты СОС величину фазы устанавливают снова описанным способом. Величина &А причем эту зависимость устанавливают путем калибровки по известной величине

й этрлом

Формула изобретения

1. Оптоэлектронный способ измерения механических колебаний, заключающийся в том, что формируют лазером поперечный световой пучок, подают световой пучок на отражающую поверхность подают световой пучок, отраженный от поверхности, через полупрозрачное выходное зеркало лазера в активную область лазера, измеряют интенсивность излучения лазера, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых частот и амплитуд вибраций, до подачи светового пучка на

515

отражающую поверхность модулируют гармоническим сигналом интенсивность накачки лазера, после подачи отраженного от поверхности светового пучка в активную область лазера изменяют амплитуду, частоту и фазу гармонического сигнала, а о параметрах колебания судят по значениям частоты и фазы гармонического сигнала, которые со ответствуют максимальной глубине амплитудной модуляции интенсивности излучения лазера.

2. Лазерный измеритель механических колебаний, содержащий последова-

106

тельно установленные и оптически связанные фотоприемник, лазер и зеркало и источник питания, выход которого подключен к лазеру, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых частот и амплитуд вибраций, лазер выполнен в виде последовательно соединенных генератора гармонического сигнала и фазовращателя, разделительного конденсатора и источника постоянного тока, а выход фазовращателя через разделительный конденсатор подключен к выходу источника постоянного тока.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения механических колебаний, и могут быть использованы для измерения амплитудных и фазовых характеристик ультразвуковых, звуковых и инфразвуковых колебаний. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых частот и амплитуд вибраций. Это достигается за счет использования модуляции полупроводникового лазера, который можно перестраивать в широком диапазоне частот. С помощью источника питания постоянным и переменным токами возбуждают полупроводниковый лазер 4. Световой пучок с его первого выхода через коллиматор 6 света направляют перпендикулярно на вибрирующую отражающую поверхность зеркала 7. Отраженный свет возвращается обратно в активную область лазера 4 через первый выход. Разность фаз между потоком фотонов, инжектируемых в активную область, и интенсивность накачки приводит к амплитудной модуляции лазера 4, глубина которой регистрируется с помощью фотоприемника 8, оптически связанного с вторым выходом лазера 4. Регулируя фазу, частоту и амплитуду переменной составляющей тока источника питания лазера 4, добиваются максимальной глубины модуляции полупроводникового лазера. Об амплитуде и частоте колебаний судят соответственно по параметрам источника питания. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

О

Z 4 Ч.род.

Щцг.1