Лазерное устройство для контроля параметров вибрации объекта Советский патент 1993 года по МПК G01H9/00 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для контроля параметров вибрации объекта, а также обеспечивает возможность определения пространственного положения и расстояния до контролируемого объекта с диффуз- но-отражающей поверхностью.

Целью изобретения является повышение надежности производимых измерений.

На чертеже показана схема устройства.

Устройство содержит лазер 1, за которым вдоль его оптической оси излучения расположены светоделитель 2 и зеркало 3 с окном, в котором размещена полупрозрачная пластина 4. Светоделитель 2 выполнен, например, в виде четырехгранной пирамиды, обращенной основанием к лазеру. Пирамида имеет тупой угол при вершине и усечена параллельно основанию. Основание пирамиды равностороннее, а зеркало расположено под углом 45° к олтической оси для обеспечения условий симметричности изображения объекта в нормальном относительно оптической оси пространственном положении. Окно зеркала расположено на оптической оси. Угол при вершине пирамиды выбирают, исходя из условий малой расходимости лучей в зависимости от

VI

ю

00

о ю VJ

дальности измерений. Полупрозрачная пластина 4 в области окна своей отражающей поверхностью через обьектив 5 оптически связаны с фотоприемником 6. Фотоприемник 6 выполнен в виде позицйонно-чувстви- тельной фотоэлектрической системы, выход которой предназначен для подключения к монитору 7.,Другой выход фотоприемника подключен к последовательно соединенным частотному дискриминатору 8, усилите- лю 9 и цифровому частотомеру 10. Предпочтительно выполнение позицион- но-чувствительной фотоэлектрической системы в виде телевизионной камеры с ПЗС-матрицей. В этом случае входом фотоприемника 6 является совокупность оптических входов приемных элементов ПЗС-матрицы. Выходом фотоприемника 6 является электрический выход ПЗС-матрицы.

Устройство работает следующим образом.

Лазер 1 излучает пучок 11, который перпендикулярно падает на основание пирамиды светоделителя 2. Через боковые рабочие грани светоделителя 2 выходят четыре расходящихся пучка 1.21-4 (на чертеже проекции лучей 12 попарно совпадают), а пятый луч 13 проходит через верхнее малое основание пирамиды без преломления, Учитывая, что лучи 121-4 рассеиваются от объекта, мощность луча 13 выбирают примерно равной 0,1 мощности луча 11, что обеспечивается выполнением малого основания пирамиды 2 примерно равным 0,1 диаметра луча 11. На -поверхности объекта 14 образуются пять световых пятен, расположение которых однозначно определяет положение поверхности объекта 14 относительно.оптической оси устройства, таким образом и положение объекта в пространстве. Так, если пятна расположены на объекте симметрично, то поверхность объекта перпендикулярна оптической оси устройства. Асимметрия расположения пятен определяет наклон поверхности объекта относительно оптической оси устройства.

Рассеянное объектом 14 излучение в виде четырех лучей 12 м и луча 131 попадает на зеркало 3 и собирается объективом 5 на фоточувствительнрй площадке ПЗС-матрицы фотоприемника 6. Изображение световых пятен на поверхности объекта появится на экране монитора 7. По этому изображению можно определить угловое положение объекта относительно оси устройства. Расстояние периферийных пятен от центрального пятнри позволяет определить

расстояние до объекта, т.е. известны масштабные соотношения в устройстве,.

Вибрация объекта 14 приводит к появ-. лению на экране монитора 7 отрезков прямых. В этом случае длина отрезков и их положение относительно центрального пятна на экране определяют амплитуду колебаний и положение объекта относительно оптической оси. А при колебании поверхности объекта перпендикулярно оптической оси на экране монитора изменяется диаметр пятен, в этом случае может быть произведена оценка амплитуды колебаний объекта в направлении, совпадающем с оп5 тической осью, разная длина отрезков опре- деляет угол между поверхностью и оптической осью.

Из выходного сигнала фотоприемника б с помощью частотного дискриминатора 8

0 выделяется сигнал, несущий информацию о частоте основных колебаний объекта, далее сигнал усиливается в усилителе 9 и поступает на цифровой частотомер 10, с помощью которого фиксируется частота основных ко5 лебаний,

.Устройство может быть использовано для центрирования объектов при монтаже промышленных сооружений, для измерений во время испытаний авиационной техники,

0 центровки судовых механизмов, угловых поворотов объектов в пространстве. Кроме того, по сравнению с известными обеспечена безопасная работа оператора, т.к. он находится вне зоны действия лазерного луча.

5

Формула изобретения 1. Лазерное устройство для контроля параметров вибрации объекта, содержащее лазер, последовательно расположенные

0 вдоль оптической оси излучения светоделитель и зеркало с окном, установленные под углом 45° к оптической оси так, что окно зеркала расположено на оптической оси, а отражающая поверхность зеркала обраще5 на в сторону, противоположную относительно лазера, последовательно установленные в ходе отраженного от зеркала излучения объектив и фотоприемник и последовательно подключенные к выходу фотоприемника

0 частотный дискриминатор, усилитель и цифровой частотомер, отличающееся тем, что. с целью повышения надежности производимых измерений, оно снабжено полупрозрачной пластиной, размещенной в

5 окне зеркала и оптически связанной с фотоприемником через объектив, светоделитель выполнен в виде обращенной основанием к лазеру пирамиды с двумя и более боковыми рабочими гранями и тупым углом при вершине, усеченной параллельно основанию,

фотоприемник выполнен в виде .позицион- но-чувствительной фотоэлектрической системы, выход которой предназначен для подключения к монитору..

2.Устройство по п. 1,отличающееся тем, что позиционно-чувствительная фотоэлектрическая система выполнена в виде телевизионной камеры с ПЗС-матрицей.

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для контроля параметров вибрации объекта, а также обеспечивает возможность определения пространственного положения и расстояния до контролируемого объекта с диффуз- но-отражающей поверхностью. Цель изобретения - повышение надежности производимых измерений. Пучок излучения лазера падает на светоделитель, выполненный в виде обращенной основанием к лазеру пирамиды с двумя и более боковыми рабочими гранями (например, четырехгранной пирамиды) и тупым углом при вершине, усеченной параллельно основанию. Через боковые рабочие грани светоделителя выходят четыре расходящихся пучка, пятый пучок проходит через верхнее малое основание пирамиды без преломления. На поверхности контролируемого объекта образуются пять световых пятен. Рассеянное объектом излучение попадает на зеркало и собирается объективам на чувствительной площадке ПЗС-матрицы фотоприемника, подключенного к монитору. Вибрация контролируемого объекта приводит к появлению на экране монитора отрезков прямых. Длина отрезков и их взаимное положение определяют амплитуду колебаний, ориентацию объекта в пространстве и его расстояние от светоделителя по оптической оси. 1 з.п. ф- лы, 1 ил. Ј