Устройство для бесконтактного измере-Ния пЕРЕМЕщЕНий и ВибРАций Об'ЕКТОВ Советский патент 1981 года по МПК G01H9/00 

Изобретение относится к виброизмерй |; тельной технике и может быть испопьэо j вано .дпя измерения пикейных перемещений диффузно отражающих объектов. Известно устройство для бесконтактного измерения перемещений и вибраций объектов, содержащее источник монохроматического света, полупрозрачное зеркало, фокусирующий микроскоп, светофильтр, фотоэпектрический усилитель, усиг питель низкой частоты и осциллограф uj Недостаток устройства - ограниченный динамический диапазон измерений.. Наиболее близким к .предлагаемому по технической сущности является yci ройство для бесконтактного измерения перемещений и вибраций объектов, содертжашее последовательно уртановленные и оптически связанные источник монокрома тического света, полупрозрачное зеркало и фокусирующий микроскоп, два фотопр образователя, устаноеленные по обе стороны полупрозрачного зе экала по ходу отраженных от него лучей света, и бпрк вычитания электрических сигналам, входы которого подключены к выхода) фотопреобразователей l2J . Нецостаткрм указанного устройства является ограниченный динамический диапазон измерений смещений и вибраций объектов, обусловленный дояустимым смешением поверхности из фокальной йлоскос-та объектива фокусирующего микроскопа и выходом амплитуды измеряемого смещения за пределы линейного участка характеристики аналогсюого пре образования (зависимости интенснвностя отра.женного от объекта пуча света от величины смещения объекта и фокальноной плоскости). Цель изобретения - расширение динамического диапазона измерений перемешевий объекта. Указанная цель достигается тем, чтр устройство для бесконтактЕшго иамереавя перемешений и вибраций объектов снабжено электромеханическим преобразоватепем, внутри которого закреплен 38 фокусирующий микроскоп, fl выход блока вычитания электрическкх сш-налов подклю чен к эпектромехакическому преобразова- тепю. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для бесконтактного измерения перемещиний и вибраний объектов; на фиг. 2 - зависимость интенсивности отра )кенного от объекта пуча света от величины смещения объекта из фокальной плоскости, на фиг. 3 - характеристика электромеханического преобразоватепя. Устройство содержит последовательно установпенные и оптически связанные источник 1 монохроматического света, попупрозрачное эеркапо 2 и фокусирующий микроскоп 3, два фотопреобрааователя 4 и 5, установленные по обе сто роны полупроёрачного зеркала 2 по ходу отраженных от .него гучей света, и блок вычитания электрических сигнапов, вкоды которого подключены к выходам ф топреобразоват-елей 4 и 5, эпектромехан ческий преобразователь 7, внутри которого закреплен фокусирующий микрос коп 3, а выход блока .6 вычитания эпект .рических сигналов подключен к электромеханическому преоЬразова1-елю 7. Устройство для бесконтактного измерения перемещений и вибраций работает следующим образом. Луч света источника 1 монохроматического излучения делится полупрозрачны зеркалом 2 на два луча - отраженный и проходящий. Отраженный луч направляется на первый фотопреобразователь 4. Проходящий луч фокусируется фокусирующим микроскопом 3на поверхность исследуемого объекта. Отраженный объектом луч света направляется полупрозрачным зеркалом 2 на второй фотопреобразователь 5. . Сигналы с выходов первого и второго .фотопреобразователей 4 и 5 поступают на блок 6 вычитания сигналов, на выходе которого возникает разностный сигнал, который подается на электромеханический преобразователь 7, осуплествляющий перемещение фокусирующего микроскопа 3 в соответствии с этим сигналом. При неподвижном объекте на выходах фотопреобразователей 4 и 5 ш еется электрический сигнал, который соответст вует собственному спектру источника 1 монохроматического света (лазерного иэпучения) - собственный шум eix). В этот момент на выходе блок.з 6 вычи04. тания сигналов величина раз1юстного ситнала равна нулю. При вибрации или смещении исследуемого объекта (показан на фиг. 1 волнистой линией) происходит модупяиия света, отраженного объектом луча, вследствие его расфокусирования и выходной сигнал второго фотопреобразователя 5 равен сумме двух сигналов сигналу, соответствующему собственным шумам источника 1 и сигналу, модулированному объектом, в то время, как на выходе первого фотопреобразователя 4 имеется сигнал, соответствующий только собственным шумаь- источника 1. Блок вь чктания сигналов С производит вычитание ст палов, полученных с первого и второго фотопреобразователя 4 II 5, вследствие чего на ьыходе бпокб выч 1тания 1-п геется топьки стггноп, соответствующий амплитуде смешения объекта. Элeктpo exai Irч,есккй просбразоватег/ь 7 смещает фокусируюпИй микгюскоп 3 в соответствии с этим сигналом до попадания объекта в фокальную плоскость. Следов 1тельно, электрокеханическкй преобразователь позволяет стабилизировать положение фокуса фокускрукчиего микрсх:копа 3 на иccпeлyeмo и объекте Зй счет его автоктатическстч: скеи;ения синхронно с . объекте., т.е. поддсржквает рабсиую течку С на середине линейного участка .АВ характеристики завИС1Л-;ости I -f ( cf ) аналогового преобразователя (ф1П. 2). Получаемый электрргческкй сигнал, пррпорг.кональный c eщeншo объекта, снтгмается с вых.с-.с.а. блока вычитания. Кривая С завис1тмсюти J ( ) определяет закон изменения интенст-шности отраженного от объекта луча света от величины смеБденигг сГ- обт.екта но фокальной плоскости. Крива5с Э характеризует закон изменения амплитуд, колебания исследуемого объекта. Эти исзменения могут превышать линейный участок А& аналогового преобразования на любую величину.Кривая & соответствует сигналу, подаваемому на электромеханический преобразователь, который осуществляет смещение фок -спруюоего микроскопа 3 синфазно с объекта. Благодаря этому рабочая .точка все время находится в О, т.е. на середине линейного участка ЛЬ , мозгавиcjiMo от велотины смгацяния объекта. Необходимым усг. п-чя иормаль- пей работы устройства 5 ляется требова-

кие линейности эпекаромехаЕшческой характер1ютики d f ( i. ) эпектромеханического преобразователя 7 (фиг .3), так как она определяет амплитудный диапазон преобразования смещевия объец- та в электрический сигнал.

гф;{)ективность предлагаемого устройства обусловлена тем, что величина элекррического напряжения, необходимая для устранения расфокусировки, вызываемой смещением исследуемого объекта, являе-рся мерой и характеристикой этого смешения, А так как рабочая точка не выходит за пределы линейного участка за-г висимоста сЯ-), достигается расишрение динамического диапазона измерений.

1

Формула изобретения

Устройство для бесконтактного измерения перемещений и вибраний объектов, содержащее последовательно установленны и оптически связанные источник монохроматического , ifonynpoapauiioo яоркппо и фокусируюсшй микрссиоп, два Фотопреобразователя, установпенныб; по обе стороны полупрозрачного зорквла по ходу отражеьжых от него луной света, и блок вычитания электр счсзских С1пна7тов, входы которого подключены к выходам фотопреобразователей, отличающееся , что, с иепью pacumpe- ния динамического диапазона измерений, оно снабжено электромеханическим преобразователем , внутри которого закреплен фокусируюитий микроскоп, а выход блока вычитания электртгческлтс си1 налов подключен к электромохантгческому преобразователю.

Источники информации, принятые во Бни 1ание при экспертизе

1,Авторское свидетепьс:тво СССГ № 355508, кл. Н 13/ОО, J971.

2.Авторское свидетельство C.CCF по заявке № 2620852, кп. GO Н 9/00,. 1978 (прототип).

s