Устройство для измерения вибраций Советский патент 1981 года по МПК G01B11/00 

кальное покрытие отражающих штрихов решетки 2 обращено в сторону объектива 4. Шероховатый объект 5 исследования помещается в задней фокальной плоскости объектива 4, решетка 2 - в передней. В состав устройства также входят второй объектив 6, диафрагма 7, интерференционный светофильтр 8 на длину волны излучения источника 1 излучения, фотоприемник 9 и регистрирующая система 10.

Устройство работает следующим образом. Параллельный нучок света от источника 1 падает на дифракционную решетку 2, расположенную в передней фокальной плоскости объектива 4. В задней фокальной плоскости объектива 4, где расположена рассеивающая поверхность объекта 5, получается распределение освещенности, представляющее собой спектр Фурье решетки 2. При гармонической решетке этот спектр, как известно, имеет три составляющие О и -f-1 дифракционные порядки. Для прямоугольной решетки спектр Фурье имеет много порядков. В этом случае высшие дифракционные максимумы могут быть перекрыты с помощью диафрагмы, расположенной вблизи исследуемого объекта (на чертеже не показано). Таким образом, на рассеивающей поверхности удается реализовать распределение освещенности в виде трех световых пятен («трехлучевое освеoienne), размеры и расстояние между центрами которых можно изменять, варьируя фокусное расстояние объектива, ширину входного пучка света и период решетки. (Можно применять также двухлучевое освещение, перекрыв диафрагмой один из 1-ых дифракционных порядков). Для рассматрнваемой геометрии устройства при регистрации вибраций шероховатого тела световое поле, рассеянное объектом, образует в плоскости решетки 2 пятнистую структуру, изрезанную системой интерференционных полос. Период интерференционных полос совпадает с периодом решетки, а их фаза в каждом пятне случайна. Таким образом, в устройстве осуществляется автоматическое согласование системы интерференционных полос с пространственным фильтром, в качестве которого выступает дифракционная решетка 2.

Слабые поперечные гармонические возмущения рассеивающей поверхности, длина волны которых гораздо больше расстояния между соседними порядками в спектре дифракционной решетки, вызывают колебательное движение системы интерференционных полос относительно штрихов решетки. Указанное явление приводит к модуляции светового потока, отрал енного решеткой 2 в сторону объектива 6, который формирует изображение решетки в плоскости диафрагмы 7, расположенной в непосредственной близости от светофильтра 8 и фотоприемника 9. Фотоприемник 9 осуществляет преобразование изменений светового потока в эквивалентные изменения фототока. Дифракционная решетка 2 приводится с помощью вибратора 3 в колебательное движение, частота и амплитуда которого известна. При этом выходной сигнал фо.топриемника для предлагаемого устройства имеет вид

U(() c(cosQf + - cos,Л, (1) лл/

где С - неизвестная заранее постоянная, зависящая от характера объекта и качества настройки устройства; а - амплитуда относительного поперечного смещения точек исследуемой поверхности, соответствующих координатам 0-го и 1-го порядка в спектре решетки; К - длина волны излучения источника; b - амплитуда колебаний решетки; Л -период решетки; Q - частота колебаний объекта; шо - частота колебаний решетки. Приведенная формула справедлива при

колебаниях объекта и решетки с малыми амплитудами

«1, «1.

Если эти условия не выполнены, сигнал и(t) (1) выражается через функции Бесселя. Выделив обычными радиотехническими средствами сигналы частотой Q и озо и измерив их амплитуды, можно исключить неизвестную постоянную С, что позволяет производить абсолютные измерения величины а. Пусть отнощение амплитуд гармонических составляющих на частоте сигнала Q и на частоте соо равно А. Тогда

. -,б

.А.

а

Таким образом, выполнение решетки с чередующимися отражающими и пропускающими штрихами в сочетании с вибратором в устройстве обеспечивает повышение точности измерения вибраций.

Формула изобретения

Устройство для измерения вибраций, содержащее последовательно установленные монохроматический источник излучения и

объектив, последовательно установленные диафрагму, светофильтр, фотонриемник и регистрирующую систему, второй объектив и решетку, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно

снабжено вибратором, жестко соединенным с решеткой, выполненной с чередующимися отражающими и пропускающими штрихами, и установленный между источником излучения и первым объективом отражающим покрытием к объективу, а второй объектив размещен в ходе otpaJkeHHafo от решетки излучения перед диафрагмой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Applied, optics, vol. 16, Mb 7, p. 1849- 1856, 1977.

2.«Оптика и спектроскопия, том 46, Ёып. 3, с. 586-592, 1979 (прототип).