RU2101686C1 - Способ измерения периодического закона движения вибрирующей поверхности - Google Patents
Способ измерения периодического закона движения вибрирующей поверхности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2101686C1 RU2101686C1 RU96100261A RU96100261A RU2101686C1 RU 2101686 C1 RU2101686 C1 RU 2101686C1 RU 96100261 A RU96100261 A RU 96100261A RU 96100261 A RU96100261 A RU 96100261A RU 2101686 C1 RU2101686 C1 RU 2101686C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- points
- motion
- law
- signal
- ldw
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Использование: при исследовании механических вибраций малых амплитуд бесконтактным методом средствами лазерной доплеровской виброметрии в измерительной технике. Сущность: способ измерения периодического закона движения включает формирование массива точек пересечения нулевого уровня электрическим сигналом на каждом периоде вибраций. Далее производится пошаговый расчет значений закона движения вибрирующей поверхности z(t) в этих точках в пределах каждого между соседними пересечениями нулевого уровня. На границах интервалов результаты расчетов сшиваются с учетом непрерывности.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследованиях механических вибраций малых амплитуд бесконтактным методом средствами лазерной доплеровской виброметрии.
Известен способ оценки амплитуды вибраций по девиации частоты электрического сигнала на выходе виброметра U(t) на основании результатов измерения ширины энергетического спектра выходного сигнала ЛДВ. При этом способе оценки в случае гармонических вибраций
z(t) = zocos(Ωt) (Ω - частота вибраций)
при zo ≫ λ ширина спектра сигнала пропорциональна амплитуде вибрации zo. Этот способ реализуется путем обработки выходного сигнала ЛДВ с использованием методов спектрального анализа [1]
Недостатком этого способа является отсутствие возможности оценки закона механических колебаний при богатом спектральном составе последних (негармонических вибрациях).
z(t) = zocos(Ωt) (Ω - частота вибраций)
при zo ≫ λ ширина спектра сигнала пропорциональна амплитуде вибрации zo. Этот способ реализуется путем обработки выходного сигнала ЛДВ с использованием методов спектрального анализа [1]
Недостатком этого способа является отсутствие возможности оценки закона механических колебаний при богатом спектральном составе последних (негармонических вибрациях).
Наиболее близким к предлагаемому является способ оценки закона движения z(t) по отсчетам выходного сигнала ЛДВ путем нормировки этого выражения и вычисления обратной функции arccos [u(t)/uo] [2]
Недостатком указанного способа является значительная погрешность оценки z(t) при аддитивном шуме (шумы оцифровки) и паразитной амплитудной модуляции ввиду неопределенностей, возникающих при аргументе обратной функции больше единицы. Особенно это сказывается при наличии сопутствующей амплитудной модуляции (АМ), которая практически всегда имеет место.
Недостатком указанного способа является значительная погрешность оценки z(t) при аддитивном шуме (шумы оцифровки) и паразитной амплитудной модуляции ввиду неопределенностей, возникающих при аргументе обратной функции больше единицы. Особенно это сказывается при наличии сопутствующей амплитудной модуляции (АМ), которая практически всегда имеет место.
Технической задачей изобретения является расширение возможностей бесконтактных методов исследования вибрирующей поверхности и повышение чувствительности к малым вибрациям при оценке закона движения поверхности z(t).
Технический результат достигается за счет управления начальной фазой сигнала ЛДВ путем использования дополнительного фазового сдвига в одном из каналов виброметра.
Лазерный доплеровский виброметр (ЛДВ) представляет собой лазерный прибор для бесконтактного измерения параметров вибрации твердых тел. Принцип действия ЛДВ основан на детектировании доплеровского сдвига частоты в излучении, рассеянном поверхностью вибрирующего объекта. Виброметр состоит из лазера, оптической системы, формирующей из луча параллельные пучки, объектива, фокусирующего эти пучки на поверхности вибрирующего объекта, и светофильтра, служащего для отделения рассеянного на объекте излучения от фоновой засветки. Детектирование оптического сигнала осуществляется фотодиодом. Электрический сигнал на выходе ЛДВ имеет вид фазомодулированного колебания и при движении объекта по закону z(t) может быть представлен выражением:
u(t) = uocos(A•z(t) + φo) (1)
Здесь uo амплитуда сигнала, o начальная фаза колебаний, а коэффициент А определяется конструкцией прибора. Закон движения вибрирующей поверхности z(t), подлежащий восстановлению, считается периодической функцией с периодом T = 2π/Ω. После усиления электрический сигнал поступает на схему обработки.
u(t) = uocos(A•z(t) + φo) (1)
Здесь uo амплитуда сигнала, o начальная фаза колебаний, а коэффициент А определяется конструкцией прибора. Закон движения вибрирующей поверхности z(t), подлежащий восстановлению, считается периодической функцией с периодом T = 2π/Ω. После усиления электрический сигнал поступает на схему обработки.
Восстановление периодического закона движения объекта z(t) производится по точкам, в которых сигнал u(t) обращается в нуль. Функция u(t) на k-м периоде вибраций имеет некоторое множество корней tm, которые удовлетворяют уравнению:
cos(A•z(tm) + φo = 0, m = 1, 2, 3 ... M;
где M число переходов через нуль функции на интервале [(k 1) T, kT]
Если изменить фазу сигнала φo на некоторую постоянную величину Δφ, то получится другое множество точек (t ) удовлетворяющих уравнению:
cos(A•z(t ) + φo+ Δφ) = 0 (2)
Таким образом, многократно (N раз) изменяя фазу сигнала, можно получить массив точек (t ) являющихся корнями N уравнений
cos(A•z(t ) + φo+ φк) = 0 (3)
где
Смещение корня tm при изменении фазы на величину Dv определяется из двух соседних множеств
Δt = t - t
Для точек tm соответствующие разности будут связаны соотношением
A•z(t ) - A•z(t ) = Δφ + 2πn; n = 0, 1, 2, ...
В пределах временного интервала tm oCtm+1 значения z(tm) могут быть вычислены по реккурентному соотношению
z(t ) = z(t ) + Δφ/A (4)
Рассматривая малые приращения Δφ и полагая, что z(t) меняется плавно, можно считать большие скачки фазы маловероятными и положить n 0.
cos(A•z(tm) + φo = 0, m = 1, 2, 3 ... M;
где M число переходов через нуль функции на интервале [(k 1) T, kT]
Если изменить фазу сигнала φo на некоторую постоянную величину Δφ, то получится другое множество точек (t
cos(A•z(t
Таким образом, многократно (N раз) изменяя фазу сигнала, можно получить массив точек (t
cos(A•z(t
где
Смещение корня tm при изменении фазы на величину Dv определяется из двух соседних множеств
Δt
Для точек tm соответствующие разности будут связаны соотношением
A•z(t
В пределах временного интервала tm oCtm+1 значения z(tm) могут быть вычислены по реккурентному соотношению
z(t
Рассматривая малые приращения Δφ и полагая, что z(t) меняется плавно, можно считать большие скачки фазы маловероятными и положить n 0.
Аналогичную процедуру следует провести для всех интервалов t - t одного периода вибраций. На границах интервалов результаты надо сшить с учетом непрерывности и плавности z(t). Полученное таким образом множество значений z(tm) является оценкой закона движения вибрирующей поверхности.
Таким образом, задавая шаг Δφ достаточно малым и фиксируя моменты (t ) в которых сигнал ЛДВ обращается в нуль, можно восстановить закон вибрирующей поверхности z(t).
Способ обработки, позволяющий оценить закон движения вибрирующей поверхности по сигналу ЛДВ, состоит в следующем.
Фиксируются моменты положительного перехода через нуль выходного сигнала ЛДВ на временном интервале, соответствующем периоду вибраций. Затем производится изменение начальной фазы сигнала на малую величину Δφ и вновь фиксируются моменты положительного перехода через нуль сигнала ЛДВ на следующем периоде вибраций. Эта процедура производится на каждом последующем периоде вибраций до тех пор, пока дополнительно вносимый фазовый сдвиг не составит 2π. Затем производится пошаговый расчет значений z(t) в пределах каждого интервала между соседними пересечениями нулевого уровня по формуле
z(t ) = z(t ) + Δφ/A
На границах интервалов результаты сшиваются с учетом непрерывности.
z(t
На границах интервалов результаты сшиваются с учетом непрерывности.
Таким образом, способ позволяет восстановить по точкам закон движения вибрирующей поверхности z(t) по выходному сигналу лазерного доплеровского виброметра.
Claims (1)
- Способ измерения периодического закона движения вибрирующей поверхности с помощью лазерного доплеровского виброметра (ЛДВ), включающий формирование массива точек нулевого уровня, отличающийся тем, что производится изменение начальной фазы сигнала ЛДВ по ступенчатому закону от 0 до 2π за N периодов вибраций; в каждом периоде фиксируются точки пересечения нулевого уровня электрическим сигналом ЛДВ и в пределах каждого интервала между соседними пересечениями нулевого уровня производится пошаговый расчет значений z(t) в этих точках по формуле
z(t
где t
z(t
Δφ = 2π/N - величина фазового сдвига между сигналами ЛДВ в соседних периодах;
А константа, определяемая конструкцией виброметра,
а на границах интервалов результаты сшиваются с учетом непрерывности.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96100261A RU2101686C1 (ru) | 1996-01-05 | 1996-01-05 | Способ измерения периодического закона движения вибрирующей поверхности |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96100261A RU2101686C1 (ru) | 1996-01-05 | 1996-01-05 | Способ измерения периодического закона движения вибрирующей поверхности |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2101686C1 true RU2101686C1 (ru) | 1998-01-10 |
RU96100261A RU96100261A (ru) | 1998-01-20 |
Family
ID=20175486
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96100261A RU2101686C1 (ru) | 1996-01-05 | 1996-01-05 | Способ измерения периодического закона движения вибрирующей поверхности |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2101686C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8997920B2 (en) | 2010-11-24 | 2015-04-07 | Faist Chemtec Gmbh | Method and damping element for reducing the natural vibration of a component |
RU2555061C2 (ru) * | 2010-11-24 | 2015-07-10 | Файст Кемтэк Гмбх | Способ и демпферный элемент для уменьшения естественной вибрации детали |
-
1996
- 1996-01-05 RU RU96100261A patent/RU2101686C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Павленко А.В., Шпаньон П.А. Измерение параметров частотно-модулированных колебаний. - М.: Радио и связь, 1986. 2. Кириченко А.И., Певнев В.И., Чмутин А.М. Лазерный доплеровский виброметр с компьютерной обработкой сигнала в сборнике. Жизнь и компьютер-91. Тезисы всесоюзного семинара. - Харьков, 1991. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8997920B2 (en) | 2010-11-24 | 2015-04-07 | Faist Chemtec Gmbh | Method and damping element for reducing the natural vibration of a component |
RU2555061C2 (ru) * | 2010-11-24 | 2015-07-10 | Файст Кемтэк Гмбх | Способ и демпферный элемент для уменьшения естественной вибрации детали |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Magnani et al. | Self-mixing digital closed-loop vibrometer for high accuracy vibration measurements | |
US7114393B2 (en) | Method and apparatus for laser vibrometry | |
US4430611A (en) | Frequency spectrum analyzer with phase-lock | |
FR2502341A1 (fr) | Appareil pour mesurer les deplacements de differents points de structures excitees par des forces artificielles ou naturelles | |
RU2101686C1 (ru) | Способ измерения периодического закона движения вибрирующей поверхности | |
JP4501000B2 (ja) | レーザ干渉変位測定方法およびレーザ干渉変位測定装置 | |
JPS6225962B2 (ru) | ||
JP2000275107A5 (ru) | ||
JP7061364B2 (ja) | 距離測定装置及び距離測定方法 | |
JP3510419B2 (ja) | 振動ピックアップの校正装置 | |
RU6244U1 (ru) | Измеритель периодического закона движения вибрирующей поверхности | |
RU2247395C1 (ru) | Способ измерения скорости движения объекта | |
JP2923779B1 (ja) | 超音波検出用光干渉装置 | |
Poggi et al. | Performance of two acquisition and signal processing systems for acoustic particle velocity measurements | |
RU9530U1 (ru) | Измеритель малых периодических вибраций | |
JPH052075A (ja) | レーザドツプラ速度計 | |
JP2000097760A (ja) | 振動を計測する方法および装置 | |
Wang et al. | A Fiber Laser Doppler Vibrometer Based on Fringe Counting and Multi-Period Synchronous Frequency Measurement Method | |
JPS63140934A (ja) | シエアリング干渉縞解析方法 | |
KR0168444B1 (ko) | 열팽창진동을 이용한 시료평가방법 | |
RU2097710C1 (ru) | Способ исследования колебаний | |
RU13845U1 (ru) | Измеритель малых перемещений | |
SU1663425A1 (ru) | Способ измерени амплитуд синусоидальных механических колебаний | |
RU2065149C1 (ru) | Способ регистрации изменений порядка интерференции | |
RU2191420C2 (ru) | Способ оценки амплитудной и фазовой частотных характеристик систем управления |