Устройство для измерения параметров вибраций объектов Советский патент 1993 года по МПК G01H11/00 

Изобретение относится к йзмеритель- н эй технике и может быть использовано для анализа частотного спектра колебаний в си- емзх распознавания образцов, в частно- и для определения характеристик собственных колебаний объектов.

Г Известно устройство, имеющее источник монохроматического света, полупрозрачное зеркало, фокусирующий микроскоп, два фотопреобразователя, блок вычитания э/ е ктрических сигналов, электромбханйче- ct ий преобразователь.

Недостатком известного устройства является необходимость введения дополнительного источника возбуждения колебаний объекта и невозможность исследования параметров вибраций объектов.

Известно устройство для измерений вибраций, содержащее лазер непрерывного

излучения, злектрооптический преобразователь лучерасщепитель, поворотные зеркала, оптическую фокусирующую систему, декодирующее устройство, широкополосный усилитель, генератор модулирующего сигнала, устройство обработки информации. Кроме того, в устройстве предусмотрена система для подстройки фазы, состоящая из пьезоэлектрического элемента с зеркалом и источника постоянного напряжения.

Недостатком известного устройства является невозможность точного определения резонанса исследуемого объекта из-за инерционности применяемой системы.

Целькз изобретения является повышение точности измерений вибраций объектов.

Указанная цель достигается тем, что известное устройство для измерений параметров вибраций объектов, содержащее лазер непрерывного излучения электрооптический преобразователь, лучерасщепитель, оптическую фокусирующую систему, оптическое приемное устройство, широкополое ный усилитель, видеоконтрольное устройство, генератор модулированного сигнала, снабжено расположенными между широкополосными усилителем и вйдёокбн- трольным устройством последовательно соединенными частотным анализатором спектра, включающим фазочастотный дели-, тель, блок сравнения амплитуд сигнала, аналоговый блок памяти пикового значения амплитуды сигнала, и многоуровневым компаратором. Г: ,.:.-.::;.:: -; :- ... :- -. ., TV

Кроме того, для повышения быстродействия, в частном анализаторе спектра параллельно блоку сравнения амплитуды сигнала и аналоговому блоку памяти Пикового значения амплитуды Сигнала подключены соответственно блок фазового сравнения частотных компонент сигнала и аналоговый блок памяти фазы сигнала.

На чертеже показана схема заявляемого устройства. ; ..;. ..

Устройство содержит лазер 1 непрерывного излучения, электрооптичёский преобразователь 2, лучерасщепитель 3, поворотное зеркало 4, оптическую фок сйрую- щую систему 5, Оптическое приемное устройство б, широкополосный усилитель 7, частотный анализатор спектра 8, включающий фазочаетотный делитель 9, многоканальный усилитель 10, параллельно соединенный с блоком 11 сравнения амплитуды сигнала, выполненном на М-канальнрм АЦП и схеме сравнения, и с аналоговым блоком памяти г1ик0в6го значения амплитуды смгнала 12. Частотный анализатор спектра 8 последовательно соединен с /блоком 13 многоуровневого компаратора.

Многоуровневый компаратор. 13 соединен с блоком 14 цветового кодирования и блоком 15 видёОконтрольного устройства.

Для получения модулированного сигнала в устройстве предусмотрен генератор 16, последовательно соединенный с блоком 17 повторения импульсов возбуждения и параллельно с оптическим приемным устройством 6..

Для постройки фазы служит пьезоэлектрический элемент 18 с зеркалом 19 и источником 20 постоянного напряжения.

Для повышения быстродействия служат блок 21 фазового сравнения частотных компонент сигнала и аналоговый блок 22 памяти фазы сигнала.

Объектом исследования заявляемого устройства явились резонансные колебания объекта 23:

Устройство работает следующим образом.

Луч лазера 1 модулируется при помощи электрооптического преобразователя 2, Сигнал модуляции поступает от генератора 16 модулированного сигнала на электрооптический преобразователь 2, далее луч разделяется лучерасщепителем 3 на зондирующий и опорный. После лучерасщепителя 3 зондирующий луч через оптическую фокусирующую систему 5 фокусируется на исследуемый объект.23, возбуждая в нем резонансные колебания. Отраженный от объекта 23 лазерный луч собирается оптической системой 5 и с помощью поворотного зеркала 4 направляется на оптическое приемное устройство 6, одновременно туда попадает и опорный луч. После приема и усиления сигнал, несущий информацию о резонансных колебаниях образца, попадает на блок-фазочастотного делителя 9 частотногр анализатора 8, где происходит разложение в ряд Фурье, выделяя амплитудные и фазовые составляющие сигнала, далее сигналы усиливаются многоканальным усилителем 10 и поступают для сравнения с

заданным уровнем в блок 11 сравнения амплитуды сигнала, где формируется сигнал и характеризует вибрационные параметры образца.

Сигнал преобразуется в двумер ный сиг- нал и поступает на аналоговый блок 12 памяти пикового значения амплитуды сигнала, где происходит запоминание разностных уровней последующего сигнала амплитуды.

С частотного анализатора спектра 8 сигнал пбступает на многоуровневый компаратор 13.

Блок 17 повторения импульсов возбуждения формирует сигнал повторения для генератора 16 с изменением длительности импульса, заданной блоком 11 сравнения амплитуды сигнала для генератора 16.

Блок 17 повторения импульсов возбуж- дения формирует также сигнал обнуления для фазочастотного делителя 9 и команду вызова параметров предыдущего сигнала для блока 11 для возможности сравнения с пришедшим сигналом. С блока 14 цветового кодирования сигнал воспроизводится на видеоконтрольном устройстве 15,

Во время действия лазерного импульса для предотвращения перегрузки оптическое приемное устройство 6 закрыто сигналом запрета с генератора 16.

Подстройка фазы опорного сигнала производится при помощи системы, состоящей из пьезоэлектрического элемента 18с зе)ркалом 18 и источника 20 постоянного напряжения. Изменение напряжения на пьезоэлектрическом элементе позволяет изменять фазу в пределах 1- nil.

В блоке 21 фазового сравнения частот- ...х компонент формируется сигнал, несущий информацию о вибрациях образца. В аналоговом блоке 22 памяти фазы сигнала происходит запоминание разностных уровней последующего сигнала амплитуды и фазы,

Оптическое приемное устройство 6 выполнено из системы линз с встроенным фотоприемником.

4

Блок 11 сравнения амплитуды сигнала может быть выполнен также на двухуровневых компараторах с запоминанием предыдущего сигнала.

Видеоконтрольное устройство 15 представляет собой цветной монитор.

Дополнение заявляемого устройства последовательно установленными частотным анализатором спектре и многоуровневым компаратором, включенными между широкополосным усилителем и видеоконтрольным устройством, а также новое выполнение частотного анализатор спектра,

лозволяет повысить точность измерений вибраций объектов.

Использование: в измерительной техлке для анализа частотного спектра колёзний в системах распознавания образцов. Сущность: устройство содержит лазер 1 непрерывного излучения, электрооптический преобразователь 2, лучерасицепитель 3, поворотное зеркало 4, оптическую фокусирующую систему 5, оптический приемный блок 6, широкополосный усилитель 7, частотный анализатор спектра 8. Для получения модулированного сигнала в устройстве предусмотрен генератор 16, последовательно соединенный с блоком 17 повторения импульсов возбуждения и параллельно с оптическим приемным блоком 6. Для подстройки фазы служит пьезоэлектрический элемент 18 с зеркалом 19 и источником 20 постоянного напряжения. Для повышения быстродействия служит блок 21 фазового сравнения частотных компонент сигнала и аналоговый блок 22 памяти фазы сигнала. 1 з,п.,ф-лы, 1 ил.

, Формула изобретения

tl. Устройство для измерения парамет- вибраций объектов, содержащее лазер непрерывного облучения с электрооптическим преобразователем, оптически связан- нье с ним лучерасщепитель, поворотное зе жало и оптическую фокусирующую систему последовательно соединенные оптическое приемное устройство, предназначенной для взаимодействия с поворотным зе жалом, и широкополосный усилитель, б л эк повторения импульсов возбуждения, генератор модулированного сигнала, выход которого соединен с входом электрооптиче- ского преобразователя, а входы - с входами оп -ического приемного устройства и блока по ггорения импульсов возбуждения, и последовательно соединённые блок цветового кодирования и блок видеоконтрольного устройства, отличающее с я тем; что, с целью повышения точности, оно снабжено частотным анализатором спектра, выполненным в виде последовательно соединен- ньг.х фазочастотного делителя, вход

,

которого соединен с выходом широкополосного усилителя, многоканального усилителя, управляющий вход которого соединен с входом блока повторения импульсов возбуждения, блока сравнения амплитуд сигна- лов, дополнительный вход которого соединен с вторым выходом блока повторения импульсов возбуждения, и аналогового блока памяти типового значения амплитуды

сигнала, и многоуровневым компаратором, вход которого соединен с входом аналогового блока памяти пикового значения амп- литуды сигнала, а выход - с входом блока цветного кодирования.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью повышения быстродействия, оно снабжено последовательно соединенными блоком фазового сравнения частотных компонентов сигнала, входы которого соединены с второй группой выходов многоканального усилителя, и аналоговым блоком памяти фазы сигнала, выход которого соединен с вторым входом многоуровневого компаратора.т