RU2029251C1 - Устройство для измерения амплитуд малых периодических линейных перемещений - Google Patents
Устройство для измерения амплитуд малых периодических линейных перемещений Download PDFInfo
- Publication number
- RU2029251C1 RU2029251C1 SU4947470A RU2029251C1 RU 2029251 C1 RU2029251 C1 RU 2029251C1 SU 4947470 A SU4947470 A SU 4947470A RU 2029251 C1 RU2029251 C1 RU 2029251C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- laser
- adder
- detector
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для поверки средств измерений параметров вибрации. Целью изобретения является повышение точности измерений. Устройство содержит опорный лазер 1 с активным элементом 2, ячейкой поглощения, зеркалами /3/ 4 и 5, закрепленными на пъезокорректорах /ПС/ 6 и 7, оптически связанный через светоделитель 8 и светосоединитель /С/ 9 с фотоприемниками /Ф/ 10 и 11. Лазер-датчик 12, одно из 3 которого 13 прикреплено к перемещающемуся объекту 14, также оптически связан с одним из входов синхронного детектора /Д/ 16, выход которого подключен к одному из входов сумматора /С/ 17. Генератор 18 опорного напряжения соединен с вторым входом Д и через первую коммутируемую цепь электронного ключа /К/ 19 - с П 6. Генератор пилообразного напряжения 20 подключен к П 7, а также к входу запуска частотомера /Ч/ 21 и к управляющему входу К 19, Ф 11 через усилитель 22 постоянного тока и пиковый детектор 23 связан с вторым коммутируемым входом К 19. Второй коммутируемый выход К 19 подключен к второму входу С 17, выход которого подключен к измерительному входу Ч 21. Это позволяет измерять временной интервал,соответствующий значению девиации частоты лазера-датчика /и, соответственно, амплитуде колебаний объекта/ и временной интервал, соответствующий разности частот двух пиков насыщенного поглощения, при одинаковых значениях пилообразного напряжения и длины второго пъезокорректора. 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для поверки средств измерений параметров вибраций.
Известно устройство для измерения амплитуд малых периодических линейных перемещений [1] , содержащее лазер с активным элементом и двумя зеркалами, оптически связанный с ним фотоприемник и подключенный к нему селективный усилитель, амплитудный детектор, генератор опорного напряжения, генератор пилообразного напряжения, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, сигнальный вход которого связан с генератором опорного напряжения, вход регулирования связан с генератором пилообразного напряжения, а выход через усилитель мощности подключен к электромагнитному преобразователю. С электромагнитным преобразователем механически связано дополнительное зеркало, размещенное на оптической оси лазера и образующее вместе с одним из зеркал резонатора лазера внешний резонатор. Второй выход усилителя мощности через дополнительный амплитудный детектор соединен с одним из входов регистратора. Выход селективного усилителя через первый амплитудный детектор связан с вторым входом регистратора.
Известно устройство для измерения амплитуд малых периодических линейных перемещений [2], которое содержит опорный лазер с двумя зеркалами и активным элементом, фотоприемник, селективный усилитель, генератор опорной частоты, амплитудный детектор и генератор пилообразного напряжения, два пьезокорректора, связанных с зеркалами опорного лазера, ячейку насыщенного поглощения в газе, вставленную в резонатор опорного лазера, усилитель частоты, синхронный детектор и частотомер, лазер-датчик, одного из зеркал которого связано с перемещающимся объектом, светоделительное зеркало, зеркало слежения, второй фотоприемник, подключенный через усилитель низких частот и амплитудный детектор к управляющему входу первого электронного ключа, пиковый детектор, связанный с коммутирующим выходом второго электронного ключа, и два частотомера, измерительный вход одного из которых подключен к выходу пикового детектора, а измерительный вход другого - к коммутирующему выходу первого электронного ключа, при этом генератор опорной частоты через коммутируемую цепь первого электронного ключа связан с первым пьезокорректором и двумя частотомерами.
В известном устройстве одной из компонент погрешности измерения является погрешность, связанная с нелинейностью зависимости удлинения второго пьезопреобразователя от времени, которая оценивается величиной 1˙10-2. При Ω > 1 кГц эта компонента погрешности составляет основную часть полной погрешности измерений.
Таким образом, недостатком известного устройства является малая точность измерений по сравнению с потенциально достижимой.
Целью изобретения является повышение точности измерений.
Это достигается тем, что устройство, включающее в себя опорный лазер, состоящий из активного элемента, ячейки поглощения и двух зеркал с пьезокорректорами, оптически связанный с лазером через светоделитель фотоприемник, подключенный через селективный усилитель к сигнальному входу синхронного детектора, лазер-датчик, состоящий из активного элемента и двух зеркал, одно из которых закреплено на объекте измерения, второй фотоприемник, оптически связанный через светоделитель с опорным лазером и лазером-датчиком, усилитель постоянного тока, вход которого подключен к второму фотоприемнику, а выход через пиковый детектор - к электронному ключу, генератор пилообразного напряжения, один выход которого подключен к одному из пьезокорректоров, а другой выход - к выходу запуска частотомера, и генератор опорного напряжения, один из выходов которого соединен с входом опорного напряжения синхронного детектора, а другой выход через электронный ключ - с вторым пьезокорректором, снабжено сумматором, а электронный ключ выполнен двухканальным, причем управляющий вход ключа соединен с вторым выходом генератора пилообразного напряжения, вход одного из коммутируемых каналов подключен к выходу пикового детектора, а выход - к одному из входов сумматора, вход второго коммутируемого канала ключа соединен с выходом генератора опорного напряжения, а выход - с вторым пьезокорректором, при этом второй вход сумматора подключен к выходу синхронного детектора, а выход сумматора соединен с сигнальным входом частотомера.
Предлагаемое техническое решение позволяет измерять временной интервал, соответствующий значению девиации частоты лазера-датчика (и, соответственно, амплитуде колебаний объекта), и временной интервал, соответствующий разности частот двух пиков насыщенного поглощения, при одинаковых значениях пилообразного напряжения и длины второго пьезокорректора и тем самым повысить точность измерений.
На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.
Предлагаемое устройство содержит опорный лазер 1 с активным элементом 2, ячейкой 3 поглощения, зеркалами 4, 5, закрепленными на пьезокорректорах 6 и 7, оптически связанных через светоделительное зеркало 8 и зеркало 9 сложения с фотоприемниками 10 и 11. Лазер-датчик 12, одно из зеркал 13 которого прикреплено к перемещающемуся объекту 14, также оптически связан с вторым фотоприемником 11 при помощи зеркала 9. Фотоприемник 10 через селективный усилитель 15 связан с одним из входов синхронного детектора 16, выход которого подключен к одному из входов сумматора 17.
Генератор опорного напряжения 18 соединен с вторым входом синхронного детектора 16 и через первую коммутируемую цепь электронного ключа 19 - с пьезокорректором 6. Генератор пилообразного напряжения 20 подключен к пьезокорректору 7, а также к входу запуска частотомера 21 и к управляемому входу электронного ключа 19. Выход второго фотоприемника 11 через усилитель постоянного тока 22 и пиковый детектор 23 связан с вторым коммутирующим входом электронного ключа 19, второй коммутирующий выход которого подключен к измерительному входу частотомера 21.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Частота лазера-датчика 2 контролируется по периодическому закону с частотой повторения Ω , а частота опорного лазера 1 модулируется по пилообразному закону сигналом, вырабатываемым генератором 20 пилообразного напряжения. Через два периода модуляции происходит срабатывание электронного ключа 19 от сигнала обратного хода пилообразного напряжения. В результате на выходе сумматора 17 в один из периодов линейного сканирования появляется импульс, ширина которого соответствует длительности пакета импульсов нулевых биений, пропорциональная амплитуде перемещения объекта. При этом сигналов пиков насыщенного поглощения нет, поскольку с помощью электронного ключа 19 отключена подача гармонического сигнала модуляции частоты опорного лазера с генератора 18 опорного напряжения на первый пьезокорректор 6.
В следующий период линейного сканирования, когда электронный ключ 19 приходит в исходное положение, сигнал гармонической модуляции на пьезокорректор 6 подается. При этом на выходе сумматора 17 появляются два импульса, соответствующие центрам двух соседних пиков насыщенного поглощения, а сигнал меток нулевых биений через электронный ключ 19 не проходит. Таким образом за каждые два периода сканирования частотомером 21 производится последовательно измерение длительности Т пакета импульсов нулевых биений и интервала времени между прохождениями двух соседних пиков насыщенного поглощения То.
Амплитуда перемещения объекта связана с измеpенными величинами следующим образом:
a =λ /2(T/T6)(C/2L)/Δ f, где λ - длина волны излучения, соответствующая пику насыщенного поглощения; С - скорость света; L - длина резонатора лазера-датчика; Δ f - частотный интервал между соседними пиками насыщенного поглощения.
a =λ /2(T/T6)(C/2L)/Δ f, где λ - длина волны излучения, соответствующая пику насыщенного поглощения; С - скорость света; L - длина резонатора лазера-датчика; Δ f - частотный интервал между соседними пиками насыщенного поглощения.
Погрешности измерения величин, входящих в приведенное выражение, δλ/λ ≈ 10-9, δ L/L≈ 1˙ 10-3,δ (Δ f)/ Δf≈1 ˙ ˙10-4, погрешность измерения временных интервалов частотомером ≈ 10-6. Кроме этих погрешностей, сюда входит погрешность, обусловленная дискретностью появления сигналов нулевых биений, оцениваемая на нижней границе частотного диапазона при Ω= 50 Гц величиной 1˙ 10-2, а при Ω = 5 кГц величиной 1˙ 10-4. Таким образом полная погрешность измерения при Ω = 50 Гц оценивается величиной 1˙ 10-2, а при Ω = 5 кГц величиной 1 ˙10-3. Измерение величин Т и То производится в среднем при одних и тех же значениях напряжения на пьезокорректоре 7 и соответственно при одних и тех же значениях длины пьезокорректора 7. Этим исключается составляющая погрешности измерения, которая обусловлена нелинейностью зависимости пилообразного напряжения (и длины пьезокорректора 7) от времени, составляющая величину 1˙ 10-2. Повышение точности измерений составляет на нижней границе частот вибрации 10 раз.
Для реализации заявляемого технического решения может быть использована следующая элементная база: опорный лазер - типа "Стандарт-У", фотоприемник типа ФЛ-21К, частотомеры типа ЧЗ-38 или ЧЗ-50, пьезокорректоры типа ЦТС-19, генератор пилообразного напряжения, синхронный детектор и селективный усилитель можно использовать из системы АПЧ лазера типа "Стандарт-У".
Таким образом заявляемое техническое решение позволяет измерить временной интервал, соответствующий значению девиации частоты лазера-датчика (и, соответственно, амплитуде колебаний объекта) и временной интервал, соответствующий разности двух пиков насыщенного поглощения, при одинаковых значениях пилообразного напряжения и длины второго пьезокорректора и тем самым повысить точность измерений на нижней границе частотного диапазона в 2 раза, а на верхней границе - в 10 раз.
Claims (1)
- УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУД МАЛЫХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее опорный лазер, состоящий из активного элемента, ячейки поглощения и двух зеркал с пьезокорректорами, первый светоделитель, первый фотоприемник, оптически связанный с лазером через светоделитель, селективного усилителя и синхронного детектора, фотоприемник подключен через селективный усилитель к сигнальному входу синхронного детектора, лазер-датчик, состоящий из активного элемента и двух зеркал, одно из которых предназначено для закрепления на объекте измерения, второй светоделитель, второй фотоприемник, оптически связанный через второй светоделитель с опорным лазером и лазером-датчиком, пиковый детектор и электронный ключ, усилитель постоянного тока, вход которого подключен к второму фотоприемнику, а выход через пиковый детектор - к электронному ключу, частотомер, генератор пилообразного напряжения, один выход которого подключен к одному из пьезокорректоров, а другой выход - к входу запуска частотомера, и генератор опорного напряжения, один из выходов которого соединен с входом опорного напряжения синхронного детектора, а другой выход через электронный ключ - с вторым пьезокорректором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено сумматором, а электронный ключ выполнен двухканальным, управляющий вход ключа соединен с вторым выходом генератора пилообразного напряжения, вход одного из коммутируемых каналов подключен к выходу пикового детектора, а выход - к одному из входов сумматора, вход второго коммутируемого канала ключа соединен с выходом генератора опорного напряжения, а выход - с вторым пьезокорректором, второй вход сумматора подключен к выходу синхроного детектора, а выход сумматора соединен с сигнальным входом частотомера.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4947470 RU2029251C1 (ru) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | Устройство для измерения амплитуд малых периодических линейных перемещений |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4947470 RU2029251C1 (ru) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | Устройство для измерения амплитуд малых периодических линейных перемещений |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2029251C1 true RU2029251C1 (ru) | 1995-02-20 |
Family
ID=21580330
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4947470 RU2029251C1 (ru) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | Устройство для измерения амплитуд малых периодических линейных перемещений |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2029251C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461803C1 (ru) * | 2011-01-13 | 2012-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" | Способ бесконтактного измерения нановибраций поверхности |
-
1991
- 1991-06-19 RU SU4947470 patent/RU2029251C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Приборы и техника эксперимента, 1980, N 6, с.12. * |
2. Авторское свидетельство СССР N 1458707, кл. G 01H 9/00, 1987. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461803C1 (ru) * | 2011-01-13 | 2012-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" | Способ бесконтактного измерения нановибраций поверхности |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0640846B1 (en) | Optical measuring apparatus | |
JP3564373B2 (ja) | 光計測システム | |
US6147763A (en) | Circuitry for processing signals occurring in a heterodyne interferometer | |
WO2002006770A1 (en) | Dsp signal processing for open loop fiber optic sensors | |
JPH08211132A (ja) | 電圧測定装置 | |
RU2029251C1 (ru) | Устройство для измерения амплитуд малых периодических линейных перемещений | |
US4569593A (en) | Rotation rate measuring instrument | |
JP3510517B2 (ja) | 光周波数線形掃引装置及び光周波数線形掃引装置のための変調補正データ記録装置 | |
JP2000275107A5 (ru) | ||
JP2726881B2 (ja) | 後方散乱光測定装置 | |
JPH06186337A (ja) | レーザ測距装置 | |
SU1458707A1 (ru) | Уctpoйctbo для изmepehия amплиtуд maлыx пepиoдичeckиx лиheйhыx пepemeщehий | |
JP3933705B2 (ja) | 位置、位置変化、およびそこから導出される物理量の干渉測定方法 | |
CN115931020B (zh) | 基于瑞利散射的干涉腔自补偿式光纤分布式传感系统及自补偿方法 | |
JP3236941B2 (ja) | 光波距離計における測距方法 | |
JPH06207847A (ja) | 光fm変調特性測定装置 | |
JPH01219583A (ja) | 距離測定装置 | |
SU1122088A1 (ru) | Устройство дл измерени длин волн лазеров | |
SU1505450A3 (ru) | Способ контрол юстировки многолучевых установок и устройство дл его осуществлени | |
JPH026236B2 (ru) | ||
JPH03131772A (ja) | 電圧検出装置 | |
US20070103695A1 (en) | Wavefront sensor using hybrid optical/electronic heterodyne techniques | |
KR940010168B1 (ko) | 2부분 광다이오드의 간섭무늬 이동검지에 의한 펄스형 레이저의 주파수 안정화 방법과 장치 | |
JPH0763506A (ja) | 干渉測長器 | |
JPH0716982Y2 (ja) | 光周波数変化測定装置 |