Способ определения параметров колебаний микрообъектов Советский патент 1993 года по МПК G01B9/00 

его максимальное значение, а также значение, в V2 , меньшее максимального, и соответствующие частоты, по которым определяют добротность системы и амплитуду колебаний из следующих выражений;

Plmax р Ьгпах - Р2 t-тазГ

0)

V2

V2

где F-ЦЩ- значение резонансной частоты, соответствующее максимальному диаметру кружка размытия при наблюдении резонанса колебаний, FiLma& , F2Lmax - значение частот

V2Viz колебаний, соответствующих уменьшению

максимального диаметра кружка размытия в -VS,

.

--- ------t--------------Jtl -------------I ------

2)

где а-амплитуда колебаний;

L-диаметр кружка размытия точки изображения;

А - апертура объектива оптической системы;

I -длина тубуса оптической системы;

/J- увеличение объектива;

г - рабочее расстояние объектива;

f - фокусное расстояние объе.ктива,

Изобретение поясняется чертежом, поясняющим полученную зависимость амплитуды колебаний и диаметра кружка размытия точек изображения.

Способ осуществляется следующим образом.

В поле зрения оптического устройства устанавливают на предметном столике электродинамический вибровозбудитель с закрепленным на его рабочей поверхности исследуемым объектом, включают источник освещения, блок управления оптического устройства, генератор низкочастотных сигналов и частотомер, вибровозбудитель. С помощью устройства наводки на резкость оптического устройства перемещают оптическое устройство до получения на экране монитора оптического устройства резкого изображения колеблющегося объекта, затем плавно изменяют возбуждающую частоту с помощью генератора низкочастотных сигналов в заданном (рабочем) диапазоне частот, по наблюдению размытия резкого изображения находят резонанс колебаний, наблюдая картину, размытия резкого изображения, плавно изменяют возбуждаю0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

щую частоту при постоянной амплитуде воз- буждэющих колебаний, по изменению контраста изображения с помощью блока управления оптического устройства определяют максимальное значение диаметра (длина штриха) кружка размытия точки изображения, затем значение этой величины в 2 ,меньшее максимальной и по частотомеру определяют соответствующие частоты, по которым с помощью приведенных соотношений (1, 2) определяют значение добротности и амплитуды колебаний микрообъектов, находящихся в резонансе колебаний.

В качестве примера конкретного выполнения определялась добротность и амплитуда колеблющейся сетки светового табло. Исследуемый участок сетки закреплялся на рабочей поверхности электродинамического вибровозбудителя, размеры которого позволяют устанавливать его на рабочий столик оптического устройства для наблюдения увеличенного изображения. Как известно, при наличии резонанса колебаний точки поверхности, колеблющиеся с одинаковой амплитудой, образуют упорядоченным образом расположение линии. При этом картина распределения амплитуд колебаний характеризуется наличием чередующихся узлов и пучностей. При выбранной глубине резкости оптического устройства картина точек поверхности, являющихся узлами, сохраняется резкой, а точки, создающие пучности колебания, если их амплитуда превышает глубину резкости оптического устройства, размывают изображение. При этом каждой резонансной частоте соответствует свой рисунок размытия изображения, определяемый формой колебания на данной частоте. Нерезонансные колебания с амплитудой, превышающей глубину резкости дают однородную картину размытия изображения всей наблюдаемой поверхности, в целом. Была определена зависимость диаметра (длина штриха) кружка размытия точек изображения поверхности от амплитуды колебаний на различных резонансных частотах, исходя из следующих представлений: значение амплитуды поперечных колебаний объекта рассматривалось, как продольное смещение т.А0, в т.Ат, вдоль оптической оси объектива О, с помощью которого было получено оптическое изображение точек поверхности колеблющегося объекта. Тогда, используя соотношение Ньютона, можно определить смещения т.АО относительно смещения соответствующей точки изображения А0 в положение AI в виде

a/a -l/z,(3) В соответствии со схемой построения

изображения из подобия треугольников

OOiAi и AiA0A0 следует, что

l+fW .откуда а + f1)(4)

x+L1

С учетом (4) выражение (3) может быть преобразовано к виду

(f1+l) z х + ji

Из Л AiOiO следует, что

(5)

х- A /2(f+ z+ a) - + (6)

Подставляя (6) в (5), получим квадратное уравнение относительно а:

.. (7).

В связи с тем. что в конкретном случае реализации предлагаемого способа изображение, полученное с помощью объектива на видиконе, наблюдается на экране монитора, необходимо учесть увеличение/3 в систе- ме видикон - экран монитора, соответственно диаметр кружка размытия на экране монитора

Таким образом, выражение (7) будет иметь вид

2+ (r+ а +7UjS()0 Решая (8), получим

.aU

.

соответственно из (8)

(a +Z

1 +z(t + l)

(Ю)

Размытие изображения колеблющейся поверхности можно наблюдать при условии, что значение амплитуды колебания превосходит значение глубины резкости оптического устройства, которое используется для наблюдения изображения колеблющегося объекта. В данном случае использова

ние системы объектив - видикон.- экран монитора глубина резко изображаемого пространства (глубина резкости) Л определяется выражением

д М±Р а 1-Г-А

: где I - расстояние от заднего фокуса 10 объектива до экрана монитора;

f - фокусное расстояние объектива; N - разрешающая способность видико- на (лин/лин). которая определяет диаметр минимального кружка размытия, восприни- 15 маемого как точка.

Величина А служит поправочным коэффициентом при определении значения а. Как показал анализ выражения (10) зависимость диаметра кружка размытия точки изо- 20 бражения (длины штриха) от амплитуды а можно считать линейной с погрешностью, не превышающей 1,5 %, поэтому при определении добротности нет необходимости использовать выражения (9, 10) достаточно 25 определять при наблюдении резонанса колебаний значения Lmax и

и соответст30

вующие значения частот и определять значение добротности, используя соотношение

Q

Flmax

p.Lmax WV2

35

будет

8)

:

(9)

)

ейся услоанияи опуетсяющезоваПредлагаемый способ может быть с высокой эффективностью использован в микроэлектронике,электронной промышленности, в неразрушающем конт40 роле вибрационных параметров различных изделий и различных систем, находящихся в состоянии вибрационного возбуждения. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ определения параметров коле45 баний микрообъектов, заключающийся в том, что освещают микрообъект, наблюдают его резкое изображение с помощью оптической системы, плавно изменяют значения возбуждающих частот в заданном диапазо50 не частот колебаний при постоянной амплитуде возбуждения, в процессе наблюдения изображения фиксируют момент возникновения размытия изображения, соответствующий резонансу, и определяют

55 резонансные частоты колебаний микрообъектов, отличающий с я тем, что, с целью повышения информативности способа за счет определения также и добротности системы и амплитуды колебаний, после фиксации момента возникновения размытия

изображения, соответствующего резонансу, плавно изменяют частоту, измеряют диаметр кружка размытия точек изображения, фиксируют его максимальное значение, а также значение, в 2 меньшее максимального, и соответствующие частоты, по которым определяют добротность системы Q и амплитуду колебаний а из следующих выражений

п Ftmax

р ЧР -р ьЯ1

где Рмакс - значение резонансной частоты, соответствующее максимальному диаметру кружка размытия при наблюдении резонанса колебаний;

FIL ma& I Г-21 ma& - значения частот V2V2

колебаний, соответствующих уменьшению максимального диаметра кружка размытия в -V2 ,

д (Г4 + У(

где L - диаметр кружка размытия точки изображения;

А - апертура объектива оптической системы;.

I - длина тубуса оптической системы;

р увеличение объектива;

г - рабочее расстояние объектива;

f - фокусное расстояние объектива.

В