RU6244U1 - Измеритель периодического закона движения вибрирующей поверхности - Google Patents

Abstract

Измеритель периодического закона движения вибрирующей поверхности с помощью лазерного доплеровского виброметра, использующий формирование массива точек пересечения сигналов нулевого уровня и включающий источник монохроматического излучения - лазер, светоделительное зеркало, систему линз, соединенные последовательно фотоприемник, усилитель, фильтр верхних частот, аналого-цифровой преобразователь и ПЭВМ, отличающийся тем, что между зеркалом и системой линз (на пути одного из лучей виброметра) через блок управления включен оптический фазовращатель, вносящий фазовый сдвиг в один из лучей ЛДВ по ступенчатому закону от 0 до 2π за N периодов вибраций, позволяющий фиксировать точки пересечения нулевого уровня электрическим сигналом при различных фазах и производить пошаговый расчет значений закона движения объекта.

Description

Измеритель периодического закона движения вибрирующей новерхности.

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в метрологии при исследовании механических вибраций малых амплитуд бесконтактньм методом средствами лазерной доплеровской виброметрии.

Известны оптические измерительные устройства, состоящие из лазера, оптической системы и фотоприемника, с помощью которых можно измерять параметры вибраций, такие как амплитуда и период движения обьекта 1. Однако использование данных устройств не позволяет определять закон движения вибрирующей поверхности.

Целью изобретения является расширение возможностей бесконтактных методов исследования вибрирующей поверхности на основе использования лазерного доплеровского виброметра (ЛДВ) посредством введения оптического фазовращателя и блока управления для оценки закона движения поверхности.

Поставленная цель достигается за счет управления начальной фазой сигнала ЛДВ путем использования оптического фазовращателя, позволяющего вносить дополнительный фазовый сдвиг в один из каналов виброметра.

Лазерный доплеровский виброметр представляет собой лазерный прибор для бесконтактного измерения параметров вибраций твердых тел. Принцип действия ЛДВ заключается в детектировании доплеровского сдвига частоты в излучении, рассеянном поверхностью вибрирующего объекта.

Электрический сигнал на выходе ЛДВ имеет вид фазо-модулированного колебания и при движении обьекта по закону z(tj может быть представлен вьфажением (без учета амплитудной модуляции):

М.кл.5О01К23/16

где Q- начальная фаза колебаний;

UQ - амплитуда сигнала;

А: 4л:8ш(/2 /Я-нараметр измерительной установки, определяемый геометрическими размерами системы и длиной волны используемого лазера;

-угол схождения лучей;

/I-длина волны лазерного излучения, используемого в измерительной установке.

Схема измерителя периодического закона движения вибрирующей поверхности приведена на фиг.1.

Измеритель состоит из лазерного догшеровского виброметра, в состав которого входит лазер 1, светоделительное зеркало 2, зеркало 3, линзы 4, 6 и соединенные последовательно фотоприемник 7, усилитель 8, фильтр верхних частот 9, аналого-цифровой преобразователь 11, ПЭВМ 12. Кроме того, измеритель включает в себя оптический фазовращатель 10 и блок управления 13.

Закон движения объекта восстанавливается по точкам, в которых сигнал U(t (1) обращается в нуль. Численная схема расчета при этом выглядит следующим образом

/ / dz(t

z(t,,,z(t,

dz(t где

илиz(ti z(t, + -.

где z(ti j - значение z{tj в момент времени tj;

1 А

(, А: ,-+1 - ti

Указанный метод основан на нахождении корней сигнала ЛДВ при периодическом движении объекта с пошаговым изменением фазы колебаний.

Измеритель работает следующим образом. Излучение лазера 1 светоделительным зеркалом 2 расщепляется на два пучка, после чего отклоненный пучок поворачр1вается зеркалом 3 строго параллельно пучку, прощедшему светоделительное зеркало. Далее, с помопц.ю линзы 4 оба пучка фокусируются на поверхности исследуемого движущегося объекта 5 под углами 0/2 . Рассеянное поверхностью объекта излучение фокусрфуется линзами 4, 6 на фотоприемник 7. Электрический сигнал фотоприемника усиливается усилителем 8 и проходит через фильтр верхних частот 9.

Для возможности изменения фазы сигнала на выходе ЛДВ на пути одного из его лучей ставится оптический фазовращатель 10, управляемый через БУ 13. В качестве оптического фазовращателя может бьггь использован электрооптический модулятор МЛ-102, действие которого основано на эффекте Поккельса.

Сигнал ЛДВ (1) оцифровывается с шагом А/ аналого-цифровым преобразователем Ни считывается в ПЭВМ 12, где фиксируются моменты положительного перехода через нуль выходного сигнала виброметра. Блок управления 13 вырабатьшает электрический сигнал, изменяющий фазу ФВ 10 на величину А через каждый период вибраций. Вновь фиксируются моменты положительного перехода через нуль сигнала ЛДВ. Эта процедура повторяется до тех пор, пока фаза сигнала не изменится на 27Г относительно первоначальной. Затем производится пошаговый расчет значений в пределах каждого интервала между соседними пересечениями нулевого уровня по формуле (2).

Таким образом восстанавливается по точкам закон движения вибрируюшей поверхности по выходному сигналу лазерного доплеровского виброметра.

Источники информации:

1.Дубнищев Ю.Н.,Ринкевичюс Б.С. Методы лазерной доплеровской анемометрии. - М.: Наука, 1982.

2.Захарченко В.Д. Способ измерения периодического закона движения вибрирующей поверхности. - Решение о вьщаче патента на изобретение по заявке No 96100261/28 (000663) от 05.01.96.

Claims (1)

1. Измеритель периодического закона движения вибрирующей поверхности с помощью лазерного доплеровского виброметра, использующий формирование массива точек пересечения сигналов нулевого уровня и включающий источник монохроматического излучения - лазер, светоделительное зеркало, систему линз, соединенные последовательно фотоприемник, усилитель, фильтр верхних частот, аналого-цифровой преобразователь и ПЭВМ, отличающийся тем, что между зеркалом и системой линз (на пути одного из лучей виброметра) через блок управления включен оптический фазовращатель, вносящий фазовый сдвиг в один из лучей ЛДВ по ступенчатому закону от 0 до 2π за N периодов вибраций, позволяющий фиксировать точки пересечения нулевого уровня электрическим сигналом при различных фазах и производить пошаговый расчет значений закона движения объекта.