Лазерный виброметр

СОЮЗ СОЕЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 45 4 С О 1 Н 9 0 КОМИТЕТ СССРЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ГОСУДАРСТВЕННЫПО ДЕЛАМ ИЗОБ ЫИ;") ПИСАНИЕ ИЗОБ ЕЛЬСТ АВТОРСКОМУ СВ(71) Иосковский институт радиотехн ки, электроники и автоматики (72) В.л.тычинскийу С.Н.Козлову С.А.Жерновой, А.Н.Торопов и И.Н.Иазалов(53) 531.71(088,8)(56) Андрущйс Е.А., Вйлков С,А., Иазалов И.Н. и Тычинский В.П. Лазе но-интерферометрический измеритель спектров мощных механических колеба .ний. - Электронная проэьапленность1981 Р 7, с.103-104, У 8, с.94. (54) ЛАЗЕРНЫЙ ВИВРОИЕТР(57) Изобретение относится к измер тельной технике и мохет быть исполь эовано дляизэерения аэплитуды эехв нических колебаний. Целью,изобретения является упрощение схемы устано ки и новьипение точности измерений . при.работе е диффузно отрааающими объектами. Цель достигается тем, что в лазерноэ виброметре осуществляется и- счет интерференционных полос эа интервал времени, равный периоду колебаний объекта. Это обеспечивает воээохность непосредственного измерения амплитуды колебаний. Увеличение точности достигается за счет соответственного увеличения отношения времени р- измерения к периоду колебаний, чтоэквивалентно увеличению числа независиэых измерений амплитуды колебаний. Излучение лазера 1 модулируется с частотой колебаний объекта 3. Фотоприеэник регистрирует интерференционные полосы, число которых пропорционально амплитуде колебаний и переходу колебаний. Устройство позволяет .осуществлять счет полос за время, кратное периоду колебаний, который задается источникоэ 4 воэбухдения лебвиий объекта. 3 йл. ко 1383975Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды механических колебаний.Целью изобретения является упрощение схемы установки и повышение точночти измерений при работе диффуэноотражающими объектами эа счет того,что, счет интерференционных полос про"изводится за интервал времени, кратный периоду колебаний объекта измерения.На фиг.1 приведена блок-схема устройства на фиг.2 - пример фор" мирования последовательности знакопеременных импульсов для фазы отра- женной волны у =О; на фиг.Э - экспериментально полученная зависимостьамплитуды колебаний 8 по показаниямсчетчика и относительной амплитуды.48от напряжения возбуждения У .,Виб 3рометр содержит лазер 1, резонатор,которого образован двумя полупрозрачными зеркалами, телескопический объектив 2, направляющий световой ноток на исследуемый объект Э, источник 4 возбуждения колебаний объекта, фотоприемник 5, электронную схему в виде усилителя 6, формирователя 7 разно- полярных импульсов, делителя 8 частбты, счетчика 9 разнополярных импульсов с цифровой индикацией. Устройство работает следующим образом.Излучение лазера 1 через телеско" кический объектив 2 попадает на исследуемый объект 3, колеблющийся с амплитудой 8, который закреплен на электромеханическом преобразователе (вибростенде), возбуждаемом источником 4 на частоте й =2/Т, где Т - период колебаний, Излучение.с противоположного конца лазера попадает на фотоприемник. После предварительного усиления в усилителе 6 из сигнала фототока формируются счетные импульсы посредством формирователя 7, причем число импульсов равно числу пересечений нуля переменной составляющей фототока. Счетчик 9 подсчиты" вает число этих импульсов эа интервал времени, кратный периоду колебаний Т; Интервал времени МТ задаетсяисточником 4 возбуждения колебаний и управляющими импульсами с делителя 8 частоты,с коэффициентом деления Я. Принцип действия устройства поясняется следующим образом.От объекта 3 с коэффициентом отражения К излучение попадает в резона" тор лазера 1 и вызывает относительное изменение интенсивности генерации светац . в - -ь2 Ь Ргде С - скорость света;Ь - длина резонатора лазераФ - прозрачность выходного зеркала расположенного со стороны объекта Р для гелий"неонового лазера - 3 10 ,Гц;9- фаза отраженной волны.(Для гармонических колебаний Х(й) щЯ соэйй ),20 А - координатаАХ(И 44 811(Ф)= --- 4 и . " - -созЖ+( (2)Х эгде Я - амплитуда колебаний рбъекта;Й - частота колебаний объекта;25 с - начальная фаза, зависящая отположения объекта на осилуча лазера;й - текущее время.,"Из (1) и (2) следует30 Г й 81(е) "Ю=Ксоз- совйФ+Ч (3)й ДС Кгде К2 Ь РеПри постоянном значении у. нули функ 35 ции 1(е) соответствуют моментам вре"меии4438где ш - нечетное целое число (положи"40 тельное или отрицательное),Число нулей Р эа период колебаний .Т зависит от 438/я, с и ш. Так, например, в интервале ш, +1, ш -1в случае выполнения ,неравенства45 .Т 4 пЯ Т-сФ -- +д(Р 0 а при его2 Э 2Энарушении Р2. фаза (1 г(С) являетсяслучайной функцией времени с равномерной плотностью вероятности в ин 50 тервале О - .2 Ф. Среднее значение числа нулей, измеренное эа отрезок времени, Т щ ВТ. Т соответствует среднему значению55 Р(,срэ ш)- , (5)ЮЯ88Абсолютная погрешность в измерении амплитуды при усреднении за вре"мя ТКТ (где 0 - целое число пе 3 13839 риодов) будет равно э /4 й,а относительная " Ъ /4 БЙ. Число нулей за один период колебаний определяется известным методом - формированием раэнополярных импульсов и подсчетом их с5 помощью счетчика, на управляющие входы которого подается напряжение от генератора, возбуждающего колебания объекта.1 ОНа фиг.2 приведен пример формирования последовательности разнополярных импульсов с фронтами в моменты времени выполнения равенства (4) для гармонического движения объекта с4 Бамплитудой -, щ 3,5 и начальной фа" зойдля двух значений р : у О;щ - . Отрезки прямых, соответствующие значениям ш = + 1,3,5, в точках пересечения с функцией у (с) определяют моменты времени 1 обращения в нуль 1(С) и формирования фронтов разнополярных импульсов для 25 1 у О. Пунктиром показаны отрезки прямых для формирования фронтов прищф(Ь - разнополярные импульсы для2О,Я; Число импульсов эа период. Т колебанийР = 12, с " то же, для - Р Р 14),Устройство было изготовлено й ис" пытано в качестве виброметра диффуэио .отражающих объектов в диапазоне частот .20+500 О Гц с амплитудамн колебаний 0,1 - 2 б мкм. На Фиг.З цри" ведена экспериментальная зависимость амплитуды колебаний пластинки гетинакса от напряжения генератора-возбудителя на частоте 3000 Гц на расстоянии 1,5 м. Кривая 1 - экспериментально полученная, зависимость амплитуды колебаний Я по Показаниям счетчика и относительной амплитуды 48/3 от напряжения возбухщения /,В. Пунктирная кривая 11 - асимптота для больших значений 48/92/.Формула изобретенияЛазерньй виброметр, содержащий последовательно установленные источник возбуждения колебаний объекта, связанный с исследуемым объектом, телескопический объектив, лазер, резонатор которого образован двумя полупрозрачными зеркалами, фотояриемник, электронную схему, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности измерений и упрощения конструкции, электронная схема выполнена в виде формирователя разно- полярных импульсов, вход которого подключен к выходу фотоприемника, счетчике разнополярных импульсов с цифровой индикацией, счетный вход которого соединен с.выходом формирователя разнополярных импульсов, делителя частоты, вход которого связан с выходом источника возбуждения колебаний объекта, а выход с управляющим входом счетчика.Подписи ГКНТ СС роизводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гага 01 ЗакВНИИП 8252 Тираж 512Государственного комитета по изо