Голографический способ определения деформированного состояния вращающихся объектов и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к области диагностики технического состояния вращающихся деталей машин и механизмов

Целью изобретения является бесконтактное диагностическое определение деформированного состояния вращающихся деталей. Неголографические методы определения перемещений и деформаций одновременно по всей поверхности вращающегося объекта в настоящее время отсутствуют

Существующие голографические методы решения указанной задачи можно классифицировать следующим образом,

1. вращающийся объект регистрируется на неподвижную голограмму двумя импульсами модулированной добротности за один цикл накачки импульсного лазера При этом моменты излучения импульсного лазера не синхронизируются с определенным угловым положением объекта а междуимпульсный интервал и оптическая схема выбираются такими, чтобы вращательное перемещение объекта за время между экспозициями не приводило к возникновению интерференционных полос

2 Вращающийся объект регистрируется на неподвижную голограмму в произвольном угловом положении одним импульсом модулированной добротности. Затем неподвижный объект совмещают с помощью специальных приспособлений с угловым положением в момент первой регистрации и производится вторичная регистрация уже неподвижного объекта

3. Вращающийся объект регистрируется на неподвижную голограмму через деро- татор изображения. Лазерные импульсы при этом синхронизируются только с фазами вибрационных колебаний.

Ни один из этих способов не позволяет произвести интерферометрическое сравнение при двух различных, ненулевых скоростях вращения Такая регистрация может быть осуществлена при закреплении голограммы на вращающемся объекте, что ограничивает размер регистрируемой области и скорости вращения йз-за малой прочности

сл

с

VJ сл со

Ю

о

00

фотопластинок и их собственной деформации при вращении.

Наиболее близким к предлагаемому является голографический способ, заключающийся в том, что объект, вращающийся с постоянной скоростью, регистрируют дважды с помощью импульсного лазера от разных циклов накачки, При этом импульсы запуска накачки синхройизируются с определенным угловым положением, а лазерные импульсы формируются по истечении определенного, строго фиксированного, времени задержки.

Способ реализуется с помощью установки, содержащей объект, вращающийся в вакуумированной камере, импульсный лазер с модулятором добротности и гологра- фический интерферометр, оптически связанные с импульсным лазером и интерферометром систему юстировки и непре- рывный лазер, последовательно включенные формирователь синхроимпульсов, устройство блокировки импульсов под- жига, блок накачки, выход которого подключен к лампе накачки, а также форми- ровательуправляющего импульса для модулятора добротности, выход которого подключен к модулятору добротности.

При этом возможность голографическо- го сравнения за счет совмещения на фото- пластике двух изображений объекта с точностью до размеров спекл-структуры реализуется лишь при строго одинаковой скорости вращения объекта во время обеих экспозиций, что достигается помещением объекта в вакуумированную камеру.

Однако, если скорости вращения за время экспозиций различаются, указанные способ и устройство не обеспечивают возможности интерферометрического сравне- ния, т.к. при этом импульсы излучения лазера при первой и второй экспозициях будут соответствовать различным угловым положением объекта, что приводит к нарушению взаимной корреляции между двумя зарегистрированными на голограмме изображениями.

Целью изобретения является повышение точности итерферометрического сравнения двух состояний вращающегося объекта.

Поставленная цель достигается тем, что в голографическом способе объект освещают двумя импульсами когерентного излучения, полученными при различных циклах накачки импульсного лазера, и производят топографическую регистрацию рассеяного объектом излучения, причем с целью повышения точности моменты генерации импульсов синхронизируют с определенным

угловым положением объекта и фазой процесса в объекте, а моменты начала циклов накачки синхронизируют с различными угловыми положениями объекта, выбранными таким образом, чтобы интервалы между началами соответствующих циклов накачки и импульсами когерентного излучения лежали в диапазоне значений, определяемом процессами накачки в лазере.

На фиг. 1 показана блок-схема гологра- фической установки, реализующей предлагаемый способ; на фиг. 2 - диаграммы напряжений, иллюстрирующие принцип работы предлагаемого устройства.

Голографическая установка включает оптически связанные импульсный лазер 1 с модулятором 2 добротности и голографиче- ский интерферометр 3, лазер 4 непрерывного излучения, формирователь 5 синхроимпульсов (ФСИ), последовательно соединенные блок б блокировки импульсов запуска закачки (ВИЗЫ) и блок 7 накачки (БН). вход которого подключен к входу накачки импульсного лазера, и блок 8 управления (БУ), выход которого подключен к входу модулятора 2 добротности, а также последовательно включенные генератор 9 пилообразного напряжения (ГПН), вход которого подключен к выходу ФСИ 5, и компаратор (К) 10, выход которого подключен к входу БИЗН б, последовательно соединенные блок 11 блокировки импульсов модуляции добротности (БИМД), первый вход которого подключен к выходу ФСИ 5, а выход подключен к входу модулятора 2 добротности, и пусковой блок 12, блок БИЗН б выполнен с входом пуска, подключенным к выходу блока 12, второй вход которого подключен к выходу блока БИЗН 6. и входом сигнала процесса, а ФСИ 5 выполнен с оптическим входом, оптически связанным с лазером 4 непрерывного излучения, и лепестком 13, предназначенным для установки на объекте и перекрывания оптического входа.

Сопоставительный анализ признаков отличительной части формулы изобретения и аналогов показал наличие критерия Существенные отличия, т,к. они не совпадают или дают качественно различающиеся свойства.

Благодаря новым операциям синхронизации моментов открытия модулятора добротности и моментов поджига лампы накачки обеспечивается возможность получения на одной фотопластинке двух скор- релированныхголографических

изображений объекта, соответствующих не только одинаковым, но и различным угловым скоростям вращения. При этом исполь- зрвание различных схем голографических и

спекл-интерферометров позволяет исследовать как поперечные колебания объектов, так и деформации в плоскости вращения, обусловленные Ч9,гробежными силами. Кроме того, синхрон изация импульсов излучения с одним i тем же угловым положением объекта полностью исключает влияние вращательного движения на вид интерференционной картины, что повышает точность и достоверность измерений.

Установка работает следующим образом.

/1епесток 13, расположенный на периферии вращающегося объекта, при вращении периодически перекрывает луч лазера 4 непрерывного излучения, падающий на ФСИ 5. При этом ФСИ 5 формирует серию синхроимпульсов (один импульс за один оборот). Синхроимпульсы поступают на входы ГПН 9 и БИМД 11. По переднему фронту синхроимпульсов запускается развертка ГПН 9. и пилообразное напряжение, период изменения которого равен периоду вращения объекта, поступает на вход К 10, который каждый раз при достижении порогового значения напряжения ГПН 9 Unop (фиг.2) формирует один импульс, поступающий на вход устройства БИЗН 6. При нажатии кнопки Пуск на блоке 12 на БИЗН 6 подается постоянное напряжение, которое приводит БИЗН 6 в рабочее состояние. На блок БИЗН 6 подается сигнал процесса, например, вибраций. Регуляторами мин и рмжс устанавливается некоторый интервал, позволяющий связать синхроимпульсы вра/ щения с определенной фазой процесса В результате на выход БИЗН 6 проходит только тот синхроимпульс с К 10, который попадает в заданный интервал у макс- рмш процесса. Этот импульс поступает на БН 7, запуская лампу накачки лазера 1 а также поступают на БИМД 11, снимая блокировку в этом блоке. В результате в БИМД 11 пропускается один синхроимпульс с ФСИ 5, который поступает в БУ 8, где формируется и усиливается до рабочего напряжения модулятора 2 добротности Этот же синхроимпульс с БИМД 11 поступает в блок 12, блокируя дальнейшую работу устройства до следующего нажатия кнопки Пуск.

Имеющийся на регулировочном входе К 10 амплитудный детектор позволяет установить задержку между импульсами поджига и управления модулятора 2 Эта задержка устанавливается таким образом, чтобы при обеих частотах вращения они попадали в оптимальный интервал, определяемый процессами в импульсном лазере 1 и составляющий 400-800 мкс Регулятор Наклон

позволяет установить оптимальную амплитуду пилообразного напряжения на требуемой частоте вращения. При этом перед проведением измерений с помощью регулятора Наклон (фиг. 1) устанавливается такая скорость нарастания пилообразного напряжения, чтобы его величина не достигала предельного выходного напряжения ГПН 9 ни при одной из исследуемых скоро0 стей вращения объекта.

Для получения интерферограмм вторично на тот же носитель записывается голограмма в другой фазе процесса, для чего между экспозициями изменяются з «а чения

5 рмин . Точное определение фаз лазерных импульсов во время регистрации можно провести с помощью запоминающего осциллографа. Для того, чтобы максимально сократить фронт синхроимпульсов и повы0 сить стабильность синхронизации, используется собирающая линза, расположенная таким образом, чтобы в ее фокальной плоскости находился лепесток 13.

Таким образом, по сравнению с прото5 типом предлагаемые способ и устройство, благодаря новым операциям синхронизации моментов открытия модулятора добротности и запуска накачки, а также благодаря включению в установку новых элементов и

0 новых связей между элементами, имеющимися в прототипе, обеспечивает возможность бесконтактного интерферометричес- кого сравнения двух с о стбяШи вращающегося объекта; устранение влияния враща5 тельного движения на вид интерференционной картины.

Формула изобретения 1 Голографический способ определения деформированного состояния вращаю0 щихся объектов, заключающийся в последовательном подсвете объекта двумя импульсами когерентного излучения, полученными при различных циклах накачки импульсного лазера, и голографической ре5 гистрации рассеянного объектом излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, моменты генерации импульсов синхронизируют с определенным угловым положением объекта и фазой

0 процесса в объекте, а моменты начала циклов накачки синхронизируют с различными угловыми положениями объекта, выбранными таким образом, чтобы интервалы между началами соответствующих циклов накачки

5 и импульсами когерентного излучения лежали в диапазоне значений, определяемом процессами накачки в лазере.

2. Голографическое устройство для определения деформированного состояния вращающихся объектов, содержащее оптичесхи связанные импульсный лазер с модулятором добротности и топографический интерферометр, лазер непрерывного излучения, формирователь синхроимпульсов, последовательно соединенные блок блокировки импульсоь запуска накачки и блок накачки, вход которого подключен к входу накачки импульсного лазера, и блок управления, выход которого подключен к входу модулятора добротности, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено последовательно соединенными генератором пилообразного напряжения, вход которого подключен к выходу формирователя синхроимпульсов, и компаратором, выход которого подключен к входу блока блокировки импульсов запуска нэкач0

ки, последовательно соединенными блоком блокировки импульсов модуляции добротности, первый вход которого подключен к выходу формирователя синхроимпульсов, а выход подключен ко входу модулятора добротности, и пусковым блоком, блок блокировки импульсов запуска накачки выполнен с входом пуска, подключенным к выходу пускового блока, второй вход которого подключен к выходу блока блокировки импульса запуска накачки, и входом сигнала процесса, а формирователь синхроимпульсов выполнен с оптическим входом, оптически связанным с лазером непрерывного излучения и лепестком, предназначенным для установки на объекте и перекрывания оптического входа.

Изобретение относится к области диагностики технического состояния вращающихся деталей Цель изобретения - повышение точности Повышение точности достигается за счет синхронизации моментов генерации импульсов подсвета с заданным угловым положением объекта и фазой процесса в объекте 2 с п ф-лы, 2 ил

Tcutxaa процесса

Фиг.1

Lc2J Ј„.Ј, qgj v

l/првц

ecca