SU1372198A1 - Лазерный измеритель вибрации - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Целью изобретени   вл етс  расширение диапазона измерений за счет возможности излучени  двух ортогональных составл ющих вектора вибрации. Лазерный измеритель вибрации содержит оптически св занные оптический квантовый генератор 1, первый светоделитель 2, второй светоделитель 3, первый, второй, тре тий и четвертый блоки 28, 5, 7 и 29 .сдвига частоты, на выходах которых J- X О L-, формируютс  зондирующие лучи заданной частоты и пол ризации. Далее эти параллельные лучи фокусируютс  объек- тивом 10 на поверхности 11 объекта измерени . Рассе нное излучение направл етс  на фотоприемник 13, на выходе которого образуютс  сигналы, характеризующие горизонтальную и вертикальную составл ющие вектора вибрации . Первый блок 17 регистрации обеспечивает измерение амплитуды и частоты горизонтальной составл ющей вектора вибрации, второй блок 19 регистрации обеспечивает измерение амплитуды и частоты вертикальной составл ющей вектора вибрации. В тех случа х, когда требуетс  больша  мощность пучков, используетс  второй оптический квантовый генератор 36, луч которого направл етс  на расщепитель 6. В этом случае второй светоделитель 3 не используетс . 4 з.п. ф-лы, 2 ил. 9 10 (Л ф«УГ.

Description

ИзоВретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  параметров вибрации диффузно-отражаюп|их поверхностей .

Целью изобретени   вл етс  расширение диапазона измерений за счет возможности измерени  двух ортогональных составл ющих вектора вибрации .

На фиг.1 представлена блок-схема лазерного измерител ; на фиг.2 - блок-схема измерител  повышенной точности .

Измеритель содержит оптически св занные оптический квантовый генератор 1, первый светоделитель 2, дел щий луч на два пучка, второй светоделитель 3, дел щий луч на два пучка, расположенный по ходу второго пучка от первого светоделител  2, зеркало 4, второй блок 5 сдвига частоты, через зеркало 4 св занный с первым пучком от второго светоделител  3, расщепитель 6, дел щий луч на два параллельных пучка, расположенный по ходу второго пучка от второго светоделител  3, третий блок 7 сдвига частоты, расположенный по ходу первого пучка от расщепител  6, преобразователь 8 пол ризации, расположенный по ходу ; второго пучка расщепител  6, поворотное зеркало 9, фокусирующий объектив

вого частотного дискриминатора 20, вход которого  вл етс  входом соответствующего блока регистрации, час тотного детектора 21, пикового детектора 22, первого усилител  23, вход которого св зан с выходом частотного детектора 21, второго усилител  24, вход которого св зан с вы10 ходом пикового детектора 22, измеру- тел  25 отношени  напр жени , первый вход которого св зан с выходом первого усилител  23, второй вход - с выходом второго усилител  24, цифрово15 го вольтметра 26, вход которого св зан с выходом измерител  25 отношени  напр жени , и частотомера 27, вход которого св зан с выходом частотного дискриминатора 20, входами частотно20 го 21 и пикового 22 детекторов.

I

Лазерный измеритель вибрации повышенной точности содержит дополнительно первый блок 28 (фиг.2) сдвига

25 частоты, расположенный по ходу второго пучка от первого светоделител  2 и св занный с вторьт выходом второго генератора 15 высокой частоты, четвертый блок 29 сдвига частоты,

30 расположенный по ходу второго пучка от расщепител  6 и св занный с вто- гым выходом первого генератора 14, последовательно св занные первый полосовой фильтр 30 и первый смеси10 , фокусирующий излучение на диффуз- g тель 31, второй вход которого св - но-рассеивающей колеблющейс  поверх- зан с первьп выходом первого генера- ности 11 объекта, св занный с выхода- тора 14 высокой частоты, выход - с ми блоков 7 и 5 сдвига частоты, преобразовател  8 пол ризации и первым

вторым входом первого блока 17 регистрации , последовательно св занные

пучком от первого светоделител  2, собирающий объектив 12, фотоприемник 13, через- объектив 12 св занный с поворотным зеркалом 9, первый генератор 14 высокой частоты, первый выход которого св зан с электрическим входом третьего блока 7 сдвига частоты, второй генератор 15 высокой частоты, первый выход которого св зан с электрическим входом второго блока 5 сдвига частоты, последовательно соединенные третий полосовой фильтр 16 и первый блок 17 регистрации, последовательно соединенные четвертый полосовой фильтр 18 и второй блок 19 регистрации , вход третьего полосового фильт- ра 16 св зан с входом четвертого полосового фильтра 18 и выходом фотоприемника 13. Каждый из блоков 17 и 19 регистрации выполнен в пиде первого частотного дискриминатора 20, вход которого  вл етс  входом соответствующего блока регистрации, частотного детектора 21, пикового детектора 22, первого усилител  23, вход которого св зан с выходом частотного детектора 21, второго усилител  24, вход которого св зан с выходом пикового детектора 22, измеру- тел  25 отношени  напр жени , первый вход которого св зан с выходом первого усилител  23, второй вход - с выходом второго усилител  24, цифрового вольтметра 26, вход которого св зан с выходом измерител  25 отношени  напр жени , и частотомера 27, вход которого св зан с выходом частотного дискриминатора 20, входами частотного 21 и пикового 22 детекторов.

I

Лазерный измеритель вибрации повышенной точности содержит дополнительно первый блок 28 (фиг.2) сдвига

частоты, расположенный по ходу второго пучка от первого светоделител  2 и св занный с вторьт выходом второго генератора 15 высокой частоты, четвертый блок 29 сдвига частоты,

расположенный по ходу второго пучка от расщепител  6 и св занный с вто- гым выходом первого генератора 14, последовательно св занные первый полосовой фильтр 30 и первый смеситель 31, второй вход которого св - зан с первьп выходом первого генера- тора 14 высокой частоты, выход - с

вторым входом первого блока 17 регистрации , последовательно св занные

второй полосовой фильтр 32 и второй смеситель 44, второй вход которого св зан с первым выходом второго генератора 15 высокой частоты, выход - с вторым входом второго блока 19 регистрации , вход первого полосового фильтра 30 св зан с входом второго полосового фильтра 32 и вькодом фотоприемника 13, Каждый из блоков 17 и 19 регистрации дополнен вторым частотным дискриминатором 34, вход которого  вл етс  вторым входом соответствующего блока регистрации, и дифференциальным усилителем 35, первый и второй входы которого св заны с выходами первого 20 и второго 34 частотных дискриминаторов соответственно , выход - с входами частотного детектора 21, пикового детектора 22 и частотомера 27.

Лазерный измеритель вибрации по- вьшенной точности работает следующим образом.

Оптический квантовый генератор 1 излучает линейно-пол ризованный луч с частотой сОд и мощностью Р , который делитс  первым светоделителем 2 на два луча. Луч с второго входа первого светоделител  2 делитс  на два луча вторым светоделителем 3, с первого выхода которого луч, отразившис от зеркала 4, поступает на второй блок 5 сдвига частоты, где осуществл етс  сдвиг по частоте на величину ,(,), Луч с первого выхода первого светоделител  2 поступает на первый блок 28 сдвига частоты, где формируютс  два пучка, имеющих взаимно ортогональные линейные пол ри- зации к частоты и OQ 3Q,, Луч с второго выхода второго светоделител  3 делитс  на два луча расщепителем 6. Частота луча с первого выхода расщепител  6 смещаетс  третьим блоком 7 сдвига частоты на величину ) Луч с второго выхода расщепител  6 поступает на четвертый блок 29 сдвига частоты, где формируютс  два пучка , имеющих взаимно ортогональные линейные пол ризации и частоты со и СОв + Зй,, Лучи с выходов первого 28 и второго 5 блоков сдвига частоты симметричны относительно оптической оси схемы и имеют равную интенсив- ность, луч с выхода второго блока 5 сдвига частоты и пучок частотой со с выхода первого блока 28 сдвига частоты имеют линейную с азимутом 45 и вертикальную линейную пол ризацию, Лучи с выходов третьего 7 и четвертого 29 блоков сдвига частоты также симметричны относительно оптической оси схемы и имеют равную интенсивность . Луч с выхода третьего блока 7 сдвига частоты и пучок частотой СЭ с выхода четвертого блока 29 сдвига частоты имеют линейную с азимутом 45 и горизонтальную линейную пол ризацию Далее параллельные лучи с выходов блоков 5, 7, 28 и 29 сдвига частоты фокусируютс  объективом 10 на поверхности 11 объекта измерени . Рассе нное излучение, промодулированное по частоте, вследствие доплеровского зффекта направл етс  объективом 12- на фотоприемник 13, на выходе которого образуютс  сигналы, имеющие переменные составл ющие на частотах

. JQ jj 20 25 ЗО , дО 45

50

5

n, + Oij,; 2Q,,,;

|

где СОау чч доплеровские сдвиги частот по горизонтальной и вертикальной ос м соответственно ,

и помехи на других комбинационных

частотах.

Сигналы с частотами Q, +Wc|u и 29, - (Л о U выдел ютс  четвертым 18 и вторым 3/ полосовыми фильтрами соответственно . На выходе второго смесител  33 выдел етс  сигнал с частотой 1 . Далее сигналы с частотами Q, +030.1 и Q, - СОаи поступают на частотные дискриминаторы 20 и 34 соответственно , на выходе которых они имеют одинаковые амплитуду и частоту, но наход щиес  в противофазе, за счет чего на дифференциальном усилителе 35 происходит удвоение полезного сигнала при одновременном уменьшении шумов. На выходе цепочки частотный детектор 21 - первый усилитель 23 получают сигнал, пропорциональный частоте колебани  объекта 11, на выходе цепочки пиковый детектор 22 - второй усилитель 24 - сигнал, пропорциональный произведению амплитуды вертикальной составл ющей вибрации на ее частоту. На выходе измерител  25 отношени  напр жени  цифровой вольтметр 26 регистрирует амплитуду вертикальной составл ющей вибрации . Частотомер 27 измер ет частоту вибрации объекта 11. Таким образом , второй блок 19 регистрации обеспечивает измерение амплитуды и частоты вертикальной составл ющей вектора вибра1щи. Сигналы с частотами О.+СЛа,и 2 Oj - сОд вьщел ютс  третьим 1 6 и первым 30 полосовыми фильтрами . На выходе первого смесител  31 выдел етс  сигнал с частотой Qj-Oan, Далее сигналы с частотой Qi+OayH QJ-Qa поступают на входы первого блока 17 регистрации, который обеспечивает измерение амплитуды и частоты горизонтальной составл ющей вектора вибрации. В тех случа х, когда требуетс  больша  мощность пучков, используетс  второй оптический квантовый генератор 36, луч от которого направл етс  на расщепитель 6, оптически согласованный с ним. В зтом случае второй светоделитель 3 не используетс .

51

Пол ризации зондирующих пучков могут быть также круговыми, что позвол ет дл  некоторых рассеивающих объектов использовать большую угловую апертуру приемной оптики, Дп  этого дополнительно устанавливаетс  четвертьволнова  пластина 37 и в качестве преобразовател  8 пол ризации также используетс  четвертьволнова  пластина, с помощью которых пол ризации лучей устанавливаютс  соответственно левоциркул рной и правоцир- кул рной.

Claims (5)

1. Лазерньш измеритель вибрации, содержапщй оптически св занные оптический квантовый генератор, первый светоделитель, дел щий луч на два пучка, второй светоделитель, дел щий луч на два пучка и расположенный по ходу второго пучка от первого светоделител , зеркало, расположенное по ходу первого пучка от второго светоделител , расщепитель, два блока сдвига частоты, поворотное зеркало, фокусирующий объектив, св занный с выходами блоков сдвига частоты, со- бираюгщй объектив, фотоприемник, через собирающий объектив св занный с поворотным зеркалом, первый генератор высокой частоты, первьй блок регистрации, состо щий из первого частотного дискриминатора, вход кото рого  вл етс  первым входом блока регистрации , последовательно соединенных частотного детектора, первого усилител , измерител  отношени  напр жени  и цифрового вольтметра, последовательно соединенных пикового детектора и второго усилител , выход которого св зан с вторым входом измерител  отношени  напр жени , частотомера , вход которого св зан с входами частотного и пикового детекторов, отличающийс  тем, что, с целью расщирени  диапазона измерений , он снабжен преобразователем пол ризации , вторым генератором высо- кой частоты, двум  полосовыми фильтрами , вторым блоком регистрации, идентичным первому блоку регистрации первый блок сдвига частоты расположен по ходу первого пучка второго све тоделител , отраженного от зеркала, его электрический вход св зан с первым выходом второго генератора высо

о

5

5 5 5

0

5

986

кой частоты, расщепитель расположен по ходу второго пучка от второго светоделител , второй блок сдвига частоты расположен по ходу первого пучка от расщепител , его электрический вход св зан с первым выходом первого генератора высокой частоты, преобразователь пол ризации расположен по ходу второго пучка от расщепител , вход первого полосового фильтра св зан с входом второго полосового фильтра и выходом фотоприемника, выход первого полосового фильтра св зан с первым входом первого блока регистрации , выход второго полосового фильтра св зан с первым входом второго блока регистрации, в каждом блоке регистрации вькод частотного дискриминатора св зан с входами частотного и пикового детекторов и частотомера,

2, Измеритель по п.I, о т л и - чающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, он снабжен двум  дополнительными блоками сдвига частоты, двум  дополнительными полосовыми фильтрами, двум  смесител ми, каждый из блоков регистрации дополнен вторым частотным дискриминатором и дифференциальным усилителем , первый дополнительный блок сдвига частоты расположен по ходу первого пучка от первого светоделител , его электрический вход св зан с вторым выходом второго генератора высокой частоты, второй дополнительный блок сдвига частоты расположен по ходу второго пучка от расщепител , его электрический вход св зан с вторым выходом первого генератора высокой частоты, вход первого дополнительного полосового фильтра св зан с входом второго дополнительного полосового фильтра и выходом фотоприемника , выход - с первым входом первого смесител J второй вход каждого св зан с первым выходом первого генератора высокой частоты, выход - с вторым входом первого блока регистрации , выход второго дополнительного полосового фильтра - с входом второго смесител , второй вход которого св зан с первым выходом второго генератора высокой частоты, выход - с вторым входом второго блока регистрации , дл  каждого блока регистрации вход второго частотного дискриминатора  вл етс  вторым входом блока регистрации, выходы первого и второго частотных дискриминаторов соединены с первым и вторым входами дифференциального усилител  соответственно , выход которого св зан с входами частотного и пикового детекторов и частотомера.

3, Измеритель по п.1, отличающийс  тем, что преобразователь пол ризации выполнен в виде полуволновой пластины, два блока сдвига частоты вьшолнены в виде последовательно установленных четвертьволновой пластины, электрооптического кристалла и второй четвертьволновой пластины.

372I988

4.Измеритель по п.1, о т л и - чающийс  тем, что он снабжен четвертьволновой пластиной, установI ленной по ходу первого луча от первого светоделител , преобразователь пол ризации выполнен в виде четвертьволновой пластины, два блока сдвига частот выполнены в виде последова- 1Q тельно установленных четвертьволновой пластины и электрооптического кристалла.

5.Измеритель по п.I, отличающийс  тем, что он снаб15 жен гг-торым оптическим квантовым генератором , который оптически согласован с расщепителем.

J.6

г--. II/