Устройство для контроля параметров вибраций одномерных тел Советский патент 1990 года по МПК G01B11/00 

точники 1 и 2 света, конденсоры 3 и

4, диафрагмы 5 и 6 с отверстием тре- t угольной формы, светоделитель 7,

объективы 8 и 9, зеркала 10 и 11, приемные объективы 12 и 13, фотоприемники 14 и 15, полосовые усилите- ли 16 и 17, синхронные детекторы 18 и 19, генератор 20 синусоидальных сигналов, блок 21 сдвига фазы на л и блок 22 обработки.

Устройство работает следующим об- разом.

Источники 1 и 2 света через конденсоры 3 и 4 равномерно освещают диафрагмы 5 и 6 с отверстием треугольной формы. Две пары изображений диафрагм 5 и 6 формируются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в области колебаний одномерного тела 23 с помощью объективов 8 и 9, светоделителя 7 и зеркал 10 и 11. Изображения 24 диафрагм 5 и 6 в каждой паре повернуты навстречу друг другу (фиг. 2).

Пусть толщина одномерного тела d, а треугольная диафрагма имеет вы- соту h и основание 1.

При удалении тела от основания первой диафрагмы на величину х площади, перекрываемые телом в окнах первой и второй диафрагм, соответ- ственно равны

где Ј - средняя освещенность;

m - коэффициент модуляции. Объединяя (1) - (3), получают выражения для световых потоков, прошедших через окна первой и второй диафрагм, которые равны соответственно

ф (x,t) Ј (l+mcoswtH lh-ld+dix),

i h

P4(x,t) 6 (1-mcosurt)(|lh-dix). (4)

На каждый из фотоприемников 14 и 15 приемными объективами 12 и 13 собираются световые потоки, прошедшие окна обеих диафрагм. Этот суммарный световой поток вызывает на нагрузке каждого фотоприемника электрический сигнал напряжением

U(x.t) kfy(x.t) +(x.t), (5)

где k - коэффициент, объединяющий потери световой энергии в конденсорных линзах и коэффициент преобразования световой поток - напряжение.

Подставляя (4) в рыражение (5), получают

U(x,t) kEl(h-d) + (2kЈnid Ј х)д

п

с coSCJt - (kEmdl)cosMt,

(6)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля параметров вибраций одномерных тел, в частности для измерения колебаний струн, световодов и т.п. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности за счет увеличения помехоустойчивости. Две пары встречно ориентированных изображений 24 диафрагм 5 и 6 формируются объективами 8 и 9 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в области колебаний одномерного тела 23. Диафрагмы 5 и 6 освещаются источниками 1 и 2 света, запитываемыми соответственно двумя противофазными сигналами с помощью генератора 20 синусоидальных сигналов и блока 21 сдвига фазы на φ. Фотоприемники 14 и 15 преобразуют световой сигнал в электрический, после чего сигнал поступает на полосовые усилители 16 и 17, настроенные на частоту модуляции освещения, и на детекторы 18 и 19, которые выделяют амплитуду сигнала, прямо пропорциональную величине смещения измеряемого тела. 2 ил.

(1)

Тогда световые потоки, прошедшие через эти окна, будут равны

В данном выражении полезным сигналом является второе слагаемое, представляющее собой гармоническое колебание с амплитудой

2kЈmd - х . h

Два других являются помехами, так как их флуктуации вызывают флуктуации напряжения U(x,t), т.е. приводят к ошибке в определении координат одновременного тела.

С цепью повышения точности измерения координаты х, т.е. устранения влияния флуктуации, в первую очередь, флуктуации среднего уровня kЈl(h-d), напряжение U(x,t) подается на вход полосового усилителя 16(17), настроенного на частоту LO и имеющего полосу частот пропускания, определяемую временными изменениями координа- ты одновременного тела, т.е„ спектром функции x(t).

Через полосовой усилитель практически не приходит ни средний уровень kЈl(h-d), ни его флуктуации, а выходной сигнал равен

Uc(x,t) 2k,kEmd - k,ktradlcosUt,

где k - коэффициент усиления полосового усилителя.

Детекторы 18 и 19, установленные на выходе полосовых усилителей 16 и 17, выделяют амплитуду гармонических колебаний, которая равна

А(х) | 2k,kЈmd г х - k,kЈmdl. (8)

5

0

5

0

5

При этом, однозначное определение координаты тела возможно только в области или . Область однозначности можно удвоить, если применить синхронное детектиро-- вание, либо к обычному амплитудному детектору добавить фазовый, дающий информацию о знаке амплитуды. Формула изобретения

Устройство для контроля параметров вибраций одномерных тел по авт. св. V° 12A1061, отличающе - е с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности, оно снабжено последовательно установленными по ходу излучения вторым источником излучения, вторым конденсором и второй диафрагмой с отверстием треугольной формы, ориентированной противоположно первой диафрагме, и вторым объективом, установленным за светоделителем по ходу прошедшего излучения второго источника излучения, а также двумя парами последовательно соединенных полосового усилителя и синхронного детектора, включенными между выходами соответствующих фотоприемников и блоком обработки генератором синусоидальных сигналов, подключенным к синхронизирующим входам детекторов и первому источнику излучения, и блоком сдвига фазы на

электрически связывающим первый и второй источники излучения.

ft,

ЧФиг. Z