SU1753271A1 - Способ определени параметров вибрации - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Цель изобретени  - повышение информативности за слет одновременного определени  амплитуды и частоты вибраций. Способ заключаетс  в подсвете вибрирующей поверхности пучком когерентного излучени  и преобразо- ванииизлучени  рассе нного поверхностью в электрический сигнал, при этом размер пучка когерентного излучени  выбирают исход  из соотношени , приведенного в описании изобретени  1 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к бесконтактным оптическим способам измерени , и может быть использовано в измерительных и след щих устройствах.

Известен интерференционно оптический способ измерени , в котором излучение лазера направл ют в интерферометр, измерительное плечо которого согласуют с отражателем, закрепленным на колеблющемс  теле, на выходе интерферометра пучки излучени  измерительного и опорного плеч соедин ют и направл ют через диафрагму на фотодетектор, которым регистрируют экстремумы интерференционной картины, по числу и периоду следовани  которых определ ют соответственно амплитуду и период колебаний тела. Недостатком этого способа  вл етс  необходимость закрепл ть отражатель на исследуемом объекте , а также сложность юстировки и настройки измерительной схемы, что ограничивает область применени  этого способа.

Известен способ, не требующий закреплени  отражател  на исследуемом объекте

и пригодный дл  измерени  параметров колебаний микрообьектов с диффузно-рассеи- вающими повёрхност  йГВ этом способе излучение лазера, разделенное призмой, направл ют через линЗу, фиксиру  и пересека  оба луча создают интерференционную картину в области колебани  тела Рассе нное телом излучение регистрируют через ту же линзу фотодетектором числу и периоду импульсов фототока, образуемых при пересечении экстремумов интерференционной картины колеблющимс  телом, определ ют соответственно виброперемещение и частоту колебани  тела.

Недостатком этого способа  вл етс  то, что он неприменим дл  измерени  колебаний прот женных тел, что ограничивает его применение.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу  вл етс  способ определени  параметров вибраций рассеивающих поверхностей, включающий формирование пучка когерентного излучени , подсветку вибрирующей поверхности пучком когерентного излучени , преобрази

сл

с

Ч

с  о ho

ч

вание рассе нного поверхностью излучени  в электрический сигнал и определение параметров вибрации по электрическому сигналу.

Недостатком известного способа  вл етс  его низка  информативность, требующа  об зательной калибровки и исключающа  одновременное измерение амплитуды и частоты вибраций,

Цель изобретени  - повышение информативности путем одновременного определени  амплитуды и частоты вибраций..

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе определени  параметров вибраций рассеивающих поверхностей, включающем формирование пучка когерентного излучени , подсветку вибрирующей поверхности пучком коге рентного излучени , преобразование рассе нного поверхностью излучени  в электрический сигнал и определение параметров вибрации по электрическому сигналу, пучок когерентного излучени  формируют таким образом, что его радиус W по уровню интенсивности удовлетвор ет соотношению

-1 2 W

-2

где

2л: , Н ч а-T-(j5+T) Н - максимальна 

граница диапазона измерений, на который настраиваетс  схема;

Я - длина волны когерентного излучени ;

р- радиус кривизны волнового фронта подсвечивающего пучка на вибрирующей поверхности;

I - рассто ние от вибрирующей поверхности до точки наблюдени , преобразуют электрический сигнал в его спектральный аналог, осуществл ют временное накопление спектрального аналога, производ т его усреднение по независимым реализаци м, а частоту и амплитуду вибраций определ ют по частотному рассто нию и соотношению интенсивностей максимумов спектрального аналога сигнала:

п

/ fo ( 2 СС cos 2 х ) ехр ( - 2 Я cos 2 х ) cos 4 х d х

Ь2 0;

Ы Я

/ Го ( 2 О. со х ) ехр ( - 2 СГ cos х ) cos 2 х d x 5 О

где b2/bi - отношение интенсивностей максимумов спектра, соответствующих второй и первой гармоникам спектра;

10 Io(Z)- модифицированна  функци  Бессел  нулевого пор дка.

На чертеже представлена схема устройства , реализующего способ.

Устройство содержит лазер 1 в качест15 ве источника когерентного излучени , линзу 2 в качестве формировател  пучка, облучающего вибрирующую поверхность 3, фотоприемник 5 с диафрагмой 4, спектроа- нализатор 6, интегратор 7 и блок 8 измере20 ни .

П р и м е р. В качестве источника излучени  примен лс  лазер Л Г-52-2 (длина вол- ны 0,63 мкм, мощность- непрерывного излучени  10 мВт).

25 В качестве колеблющегос  тела использовались образцы различных материалов, такие, например, как стекл нные или металлические шлифованные образцы, диаметр d п тна лазерного излучени  на поверхности

30 образца составл л 0,3-2,0 мм (дл  формировани  п тна использовались линзы 2 с различным фокусным рассто нием).

Колебани  с амплитудами 0,02-1,0 мм образцам сообщались с помощью кулачко35 вого механизма. Амплитуда колебаний измер лась с помощью индикатора ИЧ10МН, а также дополнител ьно дл  повышенных частот - с помощью автоколлиматора АК-05 по блику от полированной грани образца в

40 пересчете на угол, частота контролировалась частотомером 43-38 по сигналу опт- ронной пары, св занной с механизмом.

Рассе нное излучение регистрировалось фотодиодом ФД-256 с линейным уси45 лителем электрического сигнала. Чувствительна  площадка приемника ограничивалась диафрагмой 4, диаметр D которой с целью оптимизации отношени  сигнала к шуму выбиралс  из соотношени 

50Я I

D

3

+

где величина а определ етс  из уравнени 

где Я - длина волны излучени ;

I - рассто ние от тела до фотоприемника .

Это соотношение обеспечивает отсутствие усреднени  спекл-картины на приемной апертуре. Усиленный сигнал, пропорциональный интенсивности рассе нного излучени , подавалс  на вход анализатора

спектра СК-4-72, который включал в себ  последовательно соединенные блоки анализатора спектра С4-73/1, интегратора многоканального Я4С-78/1 и блока измерительного Я4С-76/1 с осциллографическим и цифровым индикаторами, на котором наблюдалс  спектр мощности и измер лись его параметры.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ определени  параметров вибрации , включающий формирование пучка когерентного излучени , подсветку вибрирующей поверхности пучком когерентного излучени , преобразование рассе нного поверхностью излучени  в электрический сигнал и определение параметров вибрации по электрическому сигналу, отличающийс  тем, что, с целью повышени  информативности путем одновременного определени  амплитуды и частоты вибрации , пучок когерентного излучени  формируют так, что его радиус W по уровню интенсивности Ј2 удовлетвор ет соотношению:

   ± 1

   }

   W

   г«еа(1+Чт).

   Н - максимальна  граница диапазона измерений, на который настраиваетс  схе- 35 ма;

   0

   5

   0

   5

   0

   А - длина волны когерентного излуче- ни ;

   р - радиус кривизны волнового фронта подсвечивающего пучка на вибрирующей поверхности:

   Ј- рассто ние от вибрирующей поверхности до точки наблюдени , преобразуют электрический сигнал в его спектральный аналог, осуществл ют временное накопление спектрального аналога, производ т его усреднение по независимым реализаци м, а частоту и амплитуду вибраций определ ют по частотному рассто нию и соотношени м интенсивностей максимумов спектрального аналога электрического сигнала

   .

   ;И) где величина а определ етс  из уравнени 

   п

   / Jo (2О. cos x )exp(-2ttcos x )cos4x d x

   b2 0

   Ы ttI7

   / Jo ( 2 a cos x ) exp ( - 2 Ctcos x ) cos 2 x d x 0

   где b2/bi - отношение интенсивностей максимумов спектра, соответствующих второй и первой гармоникам спектра;

   lo(Z) - модифицированна  функци  Бессел  нулевого пор дка.

   )