Способ определения параметров вибрации

(г 9) (3 3) СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 21/ОО, 0 01 Н 9/00 ИЕ ИЗОБ ТЕН У СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОР ше чет ГосударстС,И, Вавиы ныи центр нститут им я в 30- ого И,А. Поповике, Т. 5, М,; Машино, кл, 6 01 Н 9/00, ДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТия. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ОПРЕРОВ ВИБРАЦИИ Изобретение относится к измерительной технике, а именно к бесконтактным оптическим способам измерения, и может быть использовано в измерительных и следящихх устройствах.Известен интерференционно оптический способ измерения, в котором излучение лазера направляют в интерферометр, измерительное плечо которого согласуют с отражателем, закрепленным на колеблющемся теле, на выходе интерферометра пучки излучения измерительного и опорного плеч соединяют и направляют через диафрагму на Фотодетектор, которым регистрируют экстремумы интерференционной картины, по числу и периоду следования которых определяют соответственно амплитуду и период колебаний тела, Недостатком этого способа является необходимость закреплять отражатель на исследуемом объекте, а также сложность юстировки и настройки измерительной схемы, что ограничивает область применения этого способа.Известен способ, не требующий закреп- ления отражателя на исследуемом обьекте(57) Изобретение относится к измерите ной технике, Цель изобретения - павы ние информативности за с одновременного определения амплитуд частоты вибраций. Способ заключаетс подсвете вибрирующей поверхности и ком когерентного излучения и преобра вании излучения рассея нн поверхностью в электрический сигн при этом размер пучка когерентн излучения выбирают исходя иэ соотнош ния, приведенного в описании изобретен 1 ил и пригодный для измерения параметро лебаний микрообъектов с диффузно-рассеи- у вающими поверхностями. В этом способе излучение лазера, разделенное призмой, направляют через: линзу, Фиксируя и пересекая оба луча создают интерференционную картину в области колебания тела, Рассеянное телом излучение регйстрируют - ф через ту же линзу фотодетектором и по ч лу и периоду импульсов фототока, образуемых при пересечении экстремумов интерференционной картины колеблющимся телом, определяют соответственно виброперемещение и частоту колебания тела.Недостатком этого способа является то, что он неприменим для измерения колебаний протяженных тел, что ограничивает его применение.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения параметров вибраций рассеивающих поверхностей, включающий формирование пучка когерентного излучения, подсветку вибрирующей поверхности пучком когерентного йзлучения, преобраза.вание рассеянного поверхностью излучения в электрический сигнал и определение параметров вибрации по электрическому сигналу,Недостатком известного способа является его низкая информативность, требующая обязательной калибровки и исключающая одновременное измерение амплитуды и частоты вибраций,Цель изобретения - повышение информативности путем одновременного определения амплитуды и.частоты вибраций,Поставленная цель достигается тем, что в способе определенйя йараметров вибраций рассеивающих поверхностей, включающем формирование пучка когерентного излучения, подсветку вибрирующей поверхности пучком когерентного излучения, преобразование рассеянного поверхностью излучения в электрический сигнал и определение параметров вибрации по электрическому сигналу, пучок когерентного излучения формируют таким образом, что его радиус М по уровню интенсивностиудовлетворяет соотношению-- 1 2) г Щ Н 2 -- аН 4где а=-.-г - (-+-)рН - максимальная граница диапазона измерений, на который настраивается схема;Л - длина волны когерентного излученияр - радиус кривизны волнового фронта подсвечивающего пучка на вибрирующей поверхности;- расстояние от вибрирующей поверхности до точки наблюдения, преобразуют электрический сигнал в его спектральный аналог, осуществляют временное накопление спектрального аналога, производят его усреднение по независимым реализациям; а частоту и амплитуду вибраций определяют по частотному расстоянию и соотношению интенсивностей максимумов спектрального аналога сигнала:=а. 1В/Р- + - .)1 1 2 опреде ется иэ урав где величинаниягде ЬгЬ- отношение интенсивностей максимумов спектра; соответствующих второйи первой гармоникам спектра,10 ОД- модифицированная функция Бесселя нулевого порядка.На чертеже представлена схема устройства, реализующего способ,Устройство содержит лазер 1 в качест 15 ве источника когерентного излучения, линзу 2 в качестве формирователя пучка,облучающего вибрирующую поверхность 3,фотоприемник 5 с диафрагмой 4, спектроаналиэатор 6, интегратор 7 и блок 8 измере 20 ния,П р и м е р. В качестве источника излучения применялся лазер Л Г-2 (длина волны 0,63 мкм, мощность непрерывногоизлучения 10 мВт),25 В качестве колеблющегося тела использовались образцы различных материалов,такие, например, как стеклянные или метал- .лические шлифованные образцы, диаметр бпятна лазерного излучения на поверхностиобразца составлял 0,3 - 2,0 мм (для формирования пятна использовались линзы 2 с различным фокусным расстоянием).Колебания с амплитудами 0,02-1,0 ммобразцам сообщались с помощью кулачко 35 вого механизма. Амплитуда колебаний измерялась с помощью индикатора ИЧ 10 МН,а также дополнительно для повышенных частот - с помощью автоколлиматора АК - 05по блику от полированной грани образца в40 пересчете на угол, .частота контролирова- .лась частотомером ЧЗпо сигналу оптронной пары, связанной с механизмом.Рассеянное излучение регистрировалось Фотодиодом ФДс линейным уси 45 лителем электрического сигнала,Чувствительная площадка приемника ограничивалась диафрагмой 4, диаметр 0 которой с целью оптимизации отношениясигнала к шуму выбирался из соотношения50 Лс ( -- ,где Л - длина волны излучения,- расстояние от тела до фотоприемника.55 Это соотношение обеспечивает отсутствие усреднения спекл-картины на приемнойапертуре, Усиленный сигнал, пропорциональный интенсивности рассеянного излучения, подавался на вход анализатора 30 йо (2 О сов х ) ехр (-20 соз х ) соз 4 х д х2 2Ьг ОЬ 1О (гусов х ) ехр ( - 2 йсоз х ) сов 2 х д хг г5 ог 30 граница диапазона настраивается схе Составитель Л. Весе Техред М.Моргентал ектор Т. Вашкович Редактор О. Головач Заказ 2759 ВНИИПИ Госуда КНТ СС Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям.при Г 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Гагарина, 10 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго спектра СК-72, который включал в себя последовательно соединенные блоки анализатора спектра С 4-73/1, интегратора многоканального Я 4 С/1 и блока измерительного Я 4 С/1 с осциллографическим и 5 цифровым индикаторами, на. котором наблюдался спектр мощности и измерялись его параметры,Формула изобретения 10 Способ определения параметров вибрации, включающий формирование пучка когерентного излучения, подсветку вибрирующей поверхности пучком когерентного излучения, преобразование рассеянного 15 поверхностью излучения в электрический сигнал и определение параметров вибра-: . ции по электрическому сигналу, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения информативности путем одновременного 20 определения амплитуды и частоты вибра.- ции, пучок когерентного излучения Формируют так, что его радиус М/ по уровню интенсивностиудовлетворяет соотношению: 25 Л - длина волны когерентного излучения;р - радиус кривизны волнового Фронта подсвечивающего пучка на вибрирующей поверхности;- расстояние от вибрирующей поверхности до точки наблюдения,преобразуют электрический сигнал в его спектральный аналог,. осуществляют временное накопление спектрального аналога, производят его усредненйе по независимым реализациям, а частотуи эмплитуду вибраций определяют по частотному расстояняю и соотношениям интенсивностей максимумов спектрального аналога электрического сигнала,Ь =/1 +4 ЧЧ Х2 го ДХ(р+Х)2где величина а определяется иэ уравнения лг, 3 о(2 Ссоз х)ехр(-2(Хсоз х)соз 4 хдх ьг о ь 12 23 30(гйсоз х)ехр(-гйсоз х)созгхдхо где Ьг/Ь 1 - отношение интенсивностей максимумов спектра, соответствующих второй и первой гармоникам спектра;ЪЯ - модифицированная функция Бесселя нулевого порядка,