Способ определения параметров вибрации Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 G01H9/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к бесконтактным оптическим способам измерения, и может быть использовано в измерительных и следящих устройствах.

Известен интерференционно оптический способ измерения, в котором излучение лазера направляют в интерферометр, измерительное плечо которого согласуют с отражателем, закрепленным на колеблющемся теле, на выходе интерферометра пучки излучения измерительного и опорного плеч соединяют и направляют через диафрагму на фотодетектор, которым регистрируют экстремумы интерференционной картины, по числу и периоду следования которых определяют соответственно амплитуду и период колебаний тела. Недостатком этого способа является необходимость закреплять отражатель на исследуемом объекте, а также сложность юстировки и настройки измерительной схемы, что ограничивает область применения этого способа.

Известен способ, не требующий закрепления отражателя на исследуемом объекте

и пригодный для измерения параметров колебаний микрообьектов с диффузно-рассеи- вающими повёрхностя йГВ этом способе излучение лазера, разделенное призмой, направляют через линЗу, фиксируя и пересекая оба луча создают интерференционную картину в области колебания тела Рассеянное телом излучение регистрируют через ту же линзу фотодетектором числу и периоду импульсов фототока, образуемых при пересечении экстремумов интерференционной картины колеблющимся телом, определяют соответственно виброперемещение и частоту колебания тела.

Недостатком этого способа является то, что он неприменим для измерения колебаний протяженных тел, что ограничивает его применение.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения параметров вибраций рассеивающих поверхностей, включающий формирование пучка когерентного излучения, подсветку вибрирующей поверхности пучком когерентного излучения, преобрази

сл

с

Ч

ся о ho

ч

вание рассеянного поверхностью излучения в электрический сигнал и определение параметров вибрации по электрическому сигналу.

Недостатком известного способа является его низкая информативность, требующая обязательной калибровки и исключающая одновременное измерение амплитуды и частоты вибраций,

Цель изобретения - повышение информативности путем одновременного определения амплитуды и частоты вибраций..

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения параметров вибраций рассеивающих поверхностей, включающем формирование пучка когерентного излучения, подсветку вибрирующей поверхности пучком коге рентного излучения, преобразование рассеянного поверхностью излучения в электрический сигнал и определение параметров вибрации по электрическому сигналу, пучок когерентного излучения формируют таким образом, что его радиус W по уровню интенсивности удовлетворяет соотношению

-1 2 W

-2

где

2л: , Н ч а-T-(j5+T) Н - максимальная

граница диапазона измерений, на который настраивается схема;

Я - длина волны когерентного излучения;

р- радиус кривизны волнового фронта подсвечивающего пучка на вибрирующей поверхности;

I - расстояние от вибрирующей поверхности до точки наблюдения, преобразуют электрический сигнал в его спектральный аналог, осуществляют временное накопление спектрального аналога, производят его усреднение по независимым реализациям, а частоту и амплитуду вибраций определяют по частотному расстоянию и соотношению интенсивностей максимумов спектрального аналога сигнала:

п

/ fo ( 2 СС cos 2 х ) ехр ( - 2 Я cos 2 х ) cos 4 х d х

Ь2 0;

Ы Я

/ Го ( 2 О. со х ) ехр ( - 2 СГ cos х ) cos 2 х d x 5 О

где b2/bi - отношение интенсивностей максимумов спектра, соответствующих второй и первой гармоникам спектра;

10 Io(Z)- модифицированная функция Бесселя нулевого порядка.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего способ.

Устройство содержит лазер 1 в качест15 ве источника когерентного излучения, линзу 2 в качестве формирователя пучка, облучающего вибрирующую поверхность 3, фотоприемник 5 с диафрагмой 4, спектроа- нализатор 6, интегратор 7 и блок 8 измере20 ния.

П р и м е р. В качестве источника излучения применялся лазер Л Г-52-2 (длина вол- ны 0,63 мкм, мощность- непрерывного излучения 10 мВт).

25 В качестве колеблющегося тела использовались образцы различных материалов, такие, например, как стеклянные или металлические шлифованные образцы, диаметр d пятна лазерного излучения на поверхности

30 образца составлял 0,3-2,0 мм (для формирования пятна использовались линзы 2 с различным фокусным расстоянием).

Колебания с амплитудами 0,02-1,0 мм образцам сообщались с помощью кулачко35 вого механизма. Амплитуда колебаний измерялась с помощью индикатора ИЧ10МН, а также дополнител ьно для повышенных частот - с помощью автоколлиматора АК-05 по блику от полированной грани образца в

40 пересчете на угол, частота контролировалась частотомером 43-38 по сигналу опт- ронной пары, связанной с механизмом.

Рассеянное излучение регистрировалось фотодиодом ФД-256 с линейным уси45 лителем электрического сигнала. Чувствительная площадка приемника ограничивалась диафрагмой 4, диаметр D которой с целью оптимизации отношения сигнала к шуму выбирался из соотношения

50Я I

D

3

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение информативности за слет одновременного определения амплитуды и частоты вибраций. Способ заключается в подсвете вибрирующей поверхности пучком когерентного излучения и преобразо- ванииизлучения рассеянного поверхностью в электрический сигнал, при этом размер пучка когерентного излучения выбирают исходя из соотношения, приведенного в описании изобретения 1 ил.

+

где величина а определяется из уравнения

где Я - длина волны излучения;

I - расстояние от тела до фотоприемника.

Это соотношение обеспечивает отсутствие усреднения спекл-картины на приемной апертуре. Усиленный сигнал, пропорциональный интенсивности рассеянного излучения, подавался на вход анализатора

спектра СК-4-72, который включал в себя последовательно соединенные блоки анализатора спектра С4-73/1, интегратора многоканального Я4С-78/1 и блока измерительного Я4С-76/1 с осциллографическим и цифровым индикаторами, на котором наблюдался спектр мощности и измерялись его параметры.

Формула изобретения Способ определения параметров вибрации, включающий формирование пучка когерентного излучения, подсветку вибрирующей поверхности пучком когерентного излучения, преобразование рассеянного поверхностью излучения в электрический сигнал и определение параметров вибрации по электрическому сигналу, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности путем одновременного определения амплитуды и частоты вибрации, пучок когерентного излучения формируют так, что его радиус W по уровню интенсивности Ј2 удовлетворяет соотношению:

± 1

}

W

г«еа(1+Чт).

Н - максимальная граница диапазона измерений, на который настраивается схе- 35 ма;

0

5

0

5

0

А - длина волны когерентного излуче- ния;

р - радиус кривизны волнового фронта подсвечивающего пучка на вибрирующей поверхности:

Ј- расстояние от вибрирующей поверхности до точки наблюдения, преобразуют электрический сигнал в его спектральный аналог, осуществляют временное накопление спектрального аналога, производят его усреднение по независимым реализациям, а частоту и амплитуду вибраций определяют по частотному расстоянию и соотношениям интенсивностей максимумов спектрального аналога электрического сигнала

.

;И) где величина а определяется из уравнения

п

/ Jo (2О. cos x )exp(-2ttcos x )cos4x d x

b2 0

Ы ttI7

/ Jo ( 2 a cos x ) exp ( - 2 Ctcos x ) cos 2 x d x 0

где b2/bi - отношение интенсивностей максимумов спектра, соответствующих второй и первой гармоникам спектра;

lo(Z) - модифицированная функция Бесселя нулевого порядка.

)