Анализатор виброакустических сигналов Советский патент 1990 года по МПК G01H11/00 

S

СП

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности анализа за счет уменьшения погрешностей, связанных с нестабильностью мощности источника излучения и температурного дрейфа элементов анализатора, расширения полосы пропускания частот исследуемого сигнала и обеспечения возможности калибровки. Анализатор виброакустических сигналов содержит оптически связанные источник 1 когерентного излучения, светоделитель 2, коллиматор 3, акустооптический модуляр 4, фурье-объектив 5, масштабирующий объектив 6 и первый фотоприемник 7, регистрирующий лишь дифференционные максимумы, характеризующие амплитудно-частотный спектр виброакустического сигнала. Влияние временной нестабильности мощности излучения лазера компенсируется цепочкой, состоящей из второго фотоприемника 9, стабилизатора 10 напряжения и генератора 11 развертки. Коррекция температурного дрейфа осуществляется с помощью блока 17 предустановки кода, генератора 11 развертки и термостабилизирующего блока 8, механически связанного с первым фотоприемником 7. Калибровка анализатора и расширение полосы пропускания частот исследуемого сигнала осуществляется с помощью генератора 18 калибровочных сигналов и последовательно соединенных датчика 20 виброакустической эмиссии и первого предварительного усилителя 21, а также с помощью общей цепи, состоящей из коммутатора 19, генератора 22 опорного напряжения, балансного модулятора 23, аппроксимирующего модулятора 24, второго предварительного усилителя 25 и усилителя 26 мощности, сигнал с выхода которого управляет пьезопреобразователем акустооптического модулятора 4. 2 ил.

сд

00

со о а

можности калибровки. Анализатор виброакустических сигналов содержит оптчески связаннее источник 1 когерентного излучения, светоделитель 2, коллиматор 3, акустооптический моду- лятор 4, фурье-объектив 5, масштабирующий объектив 6 и первый фотоприемник 7, регистрирующий лишь диффе- ренционные максимумы, характеризующие амплитудно-частотный спектр виброакустического сигнала. Влияние временной нестабильности мощности излучения лазера 1 компенсируется цепочкой, состоящей из второго фотоприемника 9, стабилизатора tO напряжения и генератора 11 развертки. Коррекция температурного дрейфа осуществляется с помощью блока 17 предустановки кода, генератора 11 развертки

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для анализа спектра виброакустических сигналов.

Целью изобретения является повы- щение точности анализа за счет уменьшения погрешностей, связанных с нестабильностью мощности источника излучения и температурного дрейфа элементов анализатора, расширения полосы пропускания частот исследуемого сигнала и обеспечение возможности калибровки.

. На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого анализатора; на фиг.2 блок-схема термостабилизирующего блока.

Анализатор виброакустических сигналов содержит оптически связанные источник 1 когерентного излучения, светоделительный элемент 2, коллиматор 3, акустооптический модулятор (АОМ 4), фурье-объектив 5, масштабирующий объектив 6 и первьш фотоприемный блок 7, термостабилизирующий блок 8, последовательно соединенные второй фотоприемный блок 9, оптически связанньш со светоделитель ным элементом 2, стабилизатор 10 напряжения, генератор 11 развертки и индикатор 12 аналоговых сигналов, .последовательно соединенные буферньш усилитель 13, вход которого соединен с вь ходом первого фотоприемного блока 7, первьш аналого-цифровой преоб-

и термостабилизирующего блока 8, механически связанного с первым фото- приемником 7. Калибровка анализатора и расширение полосы пропускания частот исследуемого сигнала осуществляется с помощью генератора 18 калибровочных сигналов и последовательно соединенных датчика 20 виброакусти- g ческой эмиссии и первого предварительного усилителя 21, а также с помощью общей цепи, состоящей из коммутатора 19, генератора 22 опорного напряжения, балансного модулятора 23

5 аппроксимирующего модулятора 24, второго предварительного усилителя 25 и усилителя 26 мощности, сигнал с выхода которого управляет пьезопре- образователем акустооптического мо0 дулятора 4. 2 ил.

(

25 разователь (АЦП) 14, выход которого соединен с вторым входом индикатора 12 аналоговых сигналов, первьш электронный ключ 15 и второй АЦП 16, вход которого соединен с вторым вхо30 дом термостабилизирующего блока 8, блок 17 предустановки кода, выход которого соединен с вторым входом первого электронного ключа 15, последовательно соединенные генератор 18

калибровочных сигналов, вход которого соединен с вторым входом первого АЦП 14 и вторым выходом генератора 11 развертки и коммутатора 19, тре- . тий вход которого соединен с третьим

Q выходом генератора 11 развертки и первым входом термостабилизирующего блока 8, последовательно соединенные датчик 20 виброакустической эмиссии и первый предварительный усилитель

5 21, выход которого со единен с вторым входом модулятора 19, генератор 22 опорного напряжения, последовательно соединенные балансньш модулятор 23, первьпЧ вход которого соединен с вы- 0 ходом коммутатора 19, второй вход соединен с выходом генератора 22 опорного напряжения, аппроксимирующий блок 24, второй предварительньп усилитель 25 и первьп1 усилитель 26 мощности, выход которого соединен с ,электрическим входом АОМ 4. Термо- :стабилизирующий блок 8 (фиг.2) вы- ;полнен,в виде второго электронного .ключа 27, первого и второго блоков

28 и 29 выборки и хранения, формирователя 30 циклов, последовательно содиненных сумматора 31, первьш н второй входы которого соединены соответ ствентю с выходами первого и второго блоков 28 и 29 выборки и хранения, второго усилителя 32 мощности и термодвигателя 33, механически соединенного с первым фотоприемным блоком 7, первый вход второго электронного клю ча 27 соединен с входом формирователя 30 циклов и является первым входом термостабилизирующего блока 8, второй вход второго электронного ключа 27 является вторым входом термо- стабилизирующего блока 8, первый и BTopoii выходы второго электронного ключа 27 соединены соответственно с первыми входами первого и второго блоков 28 и 29 выборки и хранения, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя 30 циклов.

Анализатор виброакустических сигналов работает слующим образом.

Световой поток излучения расщепляется светоделительньм элементом 2 на два пучка, ортогонально направленных друг к другу. Первый пучок коллиматором 3 расширяют до необходимого диаметра и подают на входное окно АОМ 4, звукопровод которого в рабочем режиме представляет собой фазовую дифракционную решетку. Параметры решетки соответствуют параметрам исследуемого электрического сигнала виброакустической эмиссии, поступающего от исследуемой системы через датчик 20 и электронную систему регистрации исследуемого сигнала. В задней фокальной плоскости фурье-объектива 5, расположенного за выходным окном дифракционного АОМ 4, фо.рмируют фу- рье-образ входного сигнала, масштаб которого увеличивают объективом 6 для повьшения разрешения основных дифракционных экстремумов. Первый, фотоприемный блок 7 на основе ПЗС- приемника регистрирует лишь дифракционные максимумы, характеризующие а.мплитудно-частотньп { спектр виброакустического сигнала, причем непро- дифрагировавший поток 1 светового изх:учения отфильтровывают.

Второй сватовой пучок излучения, расщепленного светоделительным элементом 2, поступает на чувствительную площадку второго фотоприемного бло

е-«-

1589069

25

10

5

20

0

5

0

5

0

ка 9, выходное напряжение которого поступает па вход стабилизатора 10 напряжения, а выходной сигнал последнего вносит коррекцию уровня напряжения генератора 11 развертки. Если уровень выходного сигн .ла фотоприемного блока 9 возрастает на некоторую величину, стабилизатор 10 напряжения уменьшает на такую же величину напряжение на выходе генератора 11 развертки для поддержания стабтьной характеристики фото- приемного блока 7. Таким образом, влияние временной нестабильности мощности излучения на изменение общего уровня регистрируемого сигнала на выходе оптической системь анализатора исключено.

Выходной видеосигнал ПЗС - приемника через буферный усилитель 13 поступает на вход первого АЦП 14, где преобразуется в цифровой код.

Первый фотоприемньш блок 7 механически сопряжен с термостабилизи- рующим блоком 8, на выходы которого поступают сигналы от генератора Л развертки и от кодового выхода первого ключа 15, на который поступает сигнал от блока 17 предустановки кода. Этот сигнал второй АЦП 16 преобразует в цифровой код, а затем подают на цифровой выход системы для сопряже-..; кия ее с вычислительным устройством обработки сигнала. Вторым выходом системы для сопряжения с вычислитель- Hbw устройством является кодовьп1 выход блока 17 предустановки кода. На входе термостабилизирующего блока 8 установлен второй ключ 27, которьй осуи1ествляет переключение блоков 28 и 29 выборки и хранения сигналов с блока 17 предустановки кода. Выход- ные сигналы блоков 28 и 29 о ммиру- ют с тмматором 31 и усиливают по мощности усилителем 32. Циклы запись- стирание сигналов осуществляет формирователь 30. Термодвигатель 33, на KOTopbDi поступает сигнал от второго усилителя 32 мощности, сопряжен механически с ПЗС-приемником.Таким образом, коррекцию положения чувствительных элементов ПЗС-приемника осуществляют по температурному дрейфу системы.

Сигнал виброакустической эмиссии регистрируют датчиком 20, установленным на исследуемом объекте. Выходной сигнал датчика 20 через первый предпарительный ус -1литель 21 по-i ступает на вход коммутатора 29. Коммутатор 19 осуществляет переключение исследуемого сигнала,и сигнала,поступающего от генератора 18 калибровочных сиг- налов,что необходимо для повьпления точности работы анализатор; спектра. Капибровочньш сигнал осмеет постоянную частоту f,, „которую регистрирует

первьБ фотоприемный блок 7 в виде дифракционного максикума. Кроме того, на коммутатор 19 подают сигнал от ге- нератора 11 развертки, соединенного с термостабилизирующим блоком 8 для коррекции положения ПЗС-приемника относительно плоскости регистрируемого изобршкения„

Выходной сигнал коммутатора 19 по- 20 акустической

Анализатор виброакустических сиг налов, содержагщй оптически связанные источник когерентного оптического нз.чучения, светоделительный элемент, ко.аиматор, акустооптичес- кий модулятор, Лурье-объектив и первый фoтoпpиe тнuй,блoк, датчик виброступает на балансньш модулятор -23 на который подают опорный высокочастотный гармонический сигнал от генератора 22 опорного напряжения. Спектр балансно-модулированного сигнала на 25 выходе модулятора 23 содержит спектральные компоненты на частотах f. исследуемого сигнала йиброакустичес- кой эмиссии., сдвинутых вверх на часто. iMifccHH и усилитель.

выход которого соединен с электрическим входом акустоолтического модулятора, о тем, что, с анализа, он

т л и ч а ю .щ и и с я целью повышения точности снабжен масштабирующим

объективом, расположенным между фурь объективом м первым фотоприемным бло термостаб{шизирующ1ш блоком, поком

ту fg опорного сигнала , спектральная компонента по частоте f подавлена. Апгфокс.имирующий блок 24, на которьш поступает балансно-модулированное колебание,выравнивает -характеристику системы рег истрации исследуемого сигнапа С тем, чтобы регистрировать высокочастотную область сигнала с достаточным коэффитщентом усиления по напряжению. Это обусловлено тем, что

30

следовательно сое/итненньп и вторым фотоприемным блоком, оптически связанным со светоделительным элементом стабшп-Езатором напряжения, генерато- ром развертки и индикатором аналоговых сигналов, последовательно соеди- 35 ненными буферным усилителем, вход ко торого соединен с входом первого фотоприемного блока, первым аналого- цифровым преобразователем, выход которого соединен с вторым входом инпри регистрации сигналов виброакусти- до дикатора аналоговых сигналов, первь.,

ческой эмиссии, например, в процессе обработки деталей резанием, с ростом частоты наблюдается снижение уровня шчшгатудь спектральных компонентов.. Аппроксисимнроваиньш сигнал усштива- ют по напрял еншо вторым предварительным усилителем 25 для получения более высокого коэфф1щиента усиления мощности, что необходимо для управления пьезопреобразователем АОМ 4. Пер- дом генератора развертки коммутато- выи усилитель 26 мощности формирует- - н i ки, коммутато

балансно-модулированньд сигнал, который поступает на сферкт1ески вогнутьй пьезопреобразователь АОМ 4, причем один электрод его секционирован. Сфе- ри-чески вогнутая поверхность пьезопреобразователя позволяет корректировать амплитудно-частотную характеристику пье.зоэлектрического преобразователя

электронным ключом и вторым аналого- цифровым преобразователем, блоком предустановки кода, выход которого соединен с вторьс-: входом первого злек 45 тронного ключа, последовательно соединенными генератором калибровочных сигналов, вход которого соединен с вторым входом первого аналого-цифрового преобразователя и вторым выхо 5

ром, балансным модулятором и аппроксимирующим блоком,, выход которого соединен с входом усилителя, первым предварительным усилителем, вход кото рого соединен с выходом датчика вибро акустической эмиссии, выход - соединен с вторым входом коммутатора, третий вход которого соединен с третьим выходг М генератора развертки и

акустической

в сторону расширения полосы пропускания частот.

: Секционирование электрода, сопря- женного с звукопроводом АОМ 4, также осуществляет расширение полосы пропускания пьезопреобразователя, что необходимо для более точного анализа

спектра исследуемых виброакустических сигналов,

Формула изобретения

Анализатор виброакустических сигналов, содержагщй оптически связанные источник когерентного оптического нз.чучения, светоделительный элемент, ко.аиматор, акустооптичес- кий модулятор, Лурье-объектив и первый фoтoпpиe тнuй,блoк, датчик вибро20 акустической

выход которого соединен с электрическим входом акустоолтического модулятора, о тем, что, с анализа, он

т л и ч а ю .щ и и с я целью повышения точности снабжен масштабирующим

объективом, расположенным между фурье- объективом м первым фотоприемным бло- термостаб{шизирующ1ш блоком, поком

0

следовательно сое/итненньп и вторым фотоприемным блоком, оптически связанным со светоделительным элементом, стабшп-Езатором напряжения, генерато- ром развертки и индикатором аналоговых сигналов, последовательно соеди- 5 ненными буферным усилителем, вход которого соединен с входом первого фотоприемного блока, первым аналого- цифровым преобразователем, выход которого соединен с вторым входом ино дикатора аналоговых сигналов, первь.,

дикатора аналоговых сигналов, первь.,

дом генератора развертки коммутато- - - н i ки, коммутато

электронным ключом и вторым аналого- цифровым преобразователем, блоком предустановки кода, выход которого соединен с вторьс-: входом первого злек- тронного ключа, последовательно соединенными генератором калибровочных сигналов, вход которого соединен с вторым входом первого аналого-цифрового преобразователя и вторым выходом генератора развертки коммутато- - - н i ки, коммутато

ром, балансным модулятором и аппроксимирующим блоком,, выход которого соединен с входом усилителя, первым предварительным усилителем, вход которого соединен с выходом датчика виброакустической эмиссии, выход - соединен с вторым входом коммутатора, третий вход которого соединен с третьим выходг М генератора развертки и

первым входом термостабилизирующего блока, генератором опорного напряже- ния, выход которого соединен с вторым входом балансного модулятора, четвертый выход генератора развертки соединен с электрическим входом первого фотоприемного блока и третьим входом первого электронного к.тдача, выход которого соединен с вторым входом термостабилизирующего блока, усилит тель выполнен в виде последовательно соединенных второго предварительно- го усилителя и первого усилителя мощности, термостабилизирующш блок выполнен в виде электронного ключа, первого и второго блоков выборки и хранения, формирователя циклов, последовательно соединенных сумматора,

второго усилителя мощности и термодвигателя, механш ески соединенного с первым фотоприемным блоком, первьй) вход второго электронного ключа соединен с входом формирователя циклов и является первым входом термостаби- лизируюцего блока, второй вход второго электронного ключа является втоQ рым входом термостабилизирующего блока, первьш и второй выходы второго электронного ключа соединены соответственно с первыми входами первого и второго блоков выборки и хранения,

вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя цзжлов,- а выходы - соответственно с первым и вторым входами сумматора..

Фиг.2