Волоконно-оптический виброметр

.сн 1;: .: ,с,НГ.". Р 1 У 1 : я диапазона нных сигнаот. Модули- еское излуче с т пвренесени емых информацио сть низких част инусоидой оптич сточника 3 излч тот регистрир лов в обл но о чения расому зонду 4 ти вибрирую чение о Волокондля изме ространя тся по волоконн ся от поверхнос отрего ж учеого объе и в труддля научс. 17-21,. ь р здаю на, 8. оря дирерис инте ост хро гна а а ные входы тор и, на оп частота усилит подает ге Я модуляциии. Синхроусилую сигнала ц ели ратора 9 модул выдают составл оть нхроусилите ения с окойПолоса усил0 выбрана шир 11 - узкой такиал разностей час синхроусразом, чт ля те си ты усилен тол елем 10 из ус т аф 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБ ОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Дрейк А.Д., Лайне Д,Сно-оптический интерферометрения субанчетремных вибранодоступных местах. Приборных исследований, 1984, В ОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ВИБРОМЕТР етение относится к контрольельной технике.Цель изобповышение точности и произсти измерений за счет уменьешностей, связанных с флукптического тракта, и исклюходимости перекалибровки в ке измерения путем снижения к стабильности рабочего виброметра и расширения димерений в сторону высоких(54 ) ВОЛОК (57) Изобр но-измерит ретения водительно щения погр туациями о чения необ каждой точ требований расстояния апазона из 1589057 А 1 та, при этом часть из ется обратно от выход а 4. Таким образом со ющий луч и опорная вол ующие на фотоприемник ыхода фотоприемника 8 рвый 10 и второй 11 си первым синхроусил1589057 ловия 10 Л со (м -иссд где ,1(ДЮ- полосы усилениясоответственно первого и второго синхроусилителей 10 и 11; со,. - частота звуковогогенератора 1; сд - частота вибрации,5Полученные сигналы поступают на измеритель 12 отношений, сигнал на выходе которого при малых амплитудахвибрации оказывается в широком диапа" 10зоне линейным и не зависящим от рабоИзобретение относится к контрольно"измерительной технике и может бытьиспользовано в разработке оптическихприборов для виброметрии и измерениямикроперемещений.Целью изобретения является погышение точности и производительчости из-.мерений за счет уменьшения погрешностей, связанных с флуктуациями оптического тракта, и исключения необходимости перекалибровки в каждой тсчке 25измерения путем снижения требованийк стабильности рабочего расстояниявиброметра и расширение диапазона измерений в сторону высоких частот засчет перенесения диапазона регистрируемых информационных сигналов в область низких частот.На чертеже представлена функциональная схема, предлагаемого виброметра.Виброметр содержит последователь 35но соединенные звуковой генератор 1,источник 2 тока накачки и источник 3излучения, волоконный зонд ч с ответвителем 5, ,оптически соединенный с40источником 3 излучателя и устанавливаемый над поверхностью измеряемогообъекта, пьезодержатель 6, предназначенный для закрепления на нем измеряемого объекта, поляризатор 7 и фотопри 45емник 8, оптически .связанный с волоконным зондом А через ответвительи поляризатор 7, генератор 9 модуляции, выход которого соединен с входомпьезодержателя 6, первый и второй50синхроусилители 10 и 11 основные входы которых соединены с выходом фотоприемника 8, а опорнье - с выходом генератора 9 модуляции, и измеритель 12отношений, входы которого соединены55соответственно, с выходами первого ивторого синхроусилителей 10 и 11.Виброметр работает следующим образом,чего расстояния виброметра и флуктуаций других параметров оптическоготракта. Таким образом достигается повышение точности, а непрерывная герекалибровка обеспечивается автоматически в процессе измерения вибраций,обработка сигналов с выхода фотоприемника 8 осуществляется на основе низкочастотной аппаратуры, 1 з.п. ф-лы,1 ил. Оптическая волна от источника 3 излучения р,:спространяется через волоконный зонд 4цу, где часть ее (примерно.17. по мощности) отражается от выходного торца и образует опорную волну, распространяющуюся в обратном направлении. Другая ее часть в виде зондирующего луча выходит наружу и отражается от поверхности объекта, закрепленного на пьезодерлателе 6, Небольшая часть отраженного зондирующего луча попадает обратно в волоконный зонд 4, Отраженный зондирующий луч и опорная волна через ответвитель 5 и поляризатор 7 попадают на фотоприемник 8, на фоточувствительной поверхности которого интерферируют. Интенсивность интерференционной картины в нулевой зоне изменяется, если изменяется разность оптических путей, пройденных опорной волной и зондирующим лучом, Если выходной торец неподвижен относительно поверхности объекта, то разность оптических путей постоянна и уровень интенсивности оптического сигнала в нулевой зоне интерфереционной картины постоянен. Если поверхность объекта вибрирует, то уровень интенсивности оптического сигнала изменяется с частотой вибрации. Вибрации могут воз-. никать на самом объекте, а могут создаваться пьезодержателем 6, на котором он закреплен. Колебания пьезодержателя 6 заданной частоты и постоянной амплитуды создаются под воздействием сигнала с генератора 9 модуляции. Таким образом на выходе фотоприемника 8 образуется электрический сигнал, содержащий частоты смещений пьезодержателя 6 и вибраций объекта, точнее поверхности объекта. Сигнал с фотоприемника 8 поступает на основные (информационные) входы первого и второго синхроусилителей 10 и 11, а на589057 основе простых нискочастотных схем,что существенно снижает стоимостьвиброметра. Первый и второй синхроусилители 11 и 1 О выделяют сигнал частоты Я из спектра сигналов фотоприемника 8. Спектральный анализ показывает, что составляющие БЯ и 11 д сигнала на выходе, соответственно, йервого и второго синхроусилителей 10 и11, обусловленные колебаниями пьезодержателя 6, определяются соотношениями 11 Е =Р(4) 13 д =Р,где тического излучения; электрическую;коэффициенты усиления,соответственно первогои второго синхроусилителей 10 и 11; 40функция Бесселя первогопорядка; Е 1На выходе измерителя 12 отношений появляется сигнал, пропорциональныйф 5 величине где др = 4 Й. /50 1 - рабочее (среднее) расстояРние между выходным торцомволоконного зонда 4 и поверхностью объекта. где 55Интенсивность Р излучения на выходе источника 3 излучения равна их опорные входы подается сигнал сгенератора 9 модуляции . Частота генератора 9 модуляции Я выбирается низкой, равной величине собственных частот пьезодержателя 6., Обычно это порядка 1 кГц. В этом случае эффективно работает пьезодержатель 6, крометого, фотоприемник 8 и синхроусилители 10 и 11 могут быть выполнены на(Р 1) з ЮРу у 1, (3)зпд((1) Р - интенсивность оптичесокого сигнала в нулевой зоне интерференционной картины постоянной составляющей мощности оп 1 ф - коэффициент преобразоф вания фотоприемником 8 оптической мощности в ря= 4 пА /,3 - длина волны оптического излучения;4 Е- амплитуда колебаний пьезодержателя 6; Р - Р + й Р соз ., о ф где Р - постоянная составляющая;ЛР - амплитуда переменной сосетавляющей.С учетом переменной составляющей интенсивности излучения в спектре сигнала фотоприемника 8 появляется еще одна низкочастотная составляющая, равная - дР уТ, (Д) зхпс)у вдп(ы" ш)й, (3) 1 где /3 = 4 КА/Я;А - амплитуда измеряемых вибраМций.ФВыбирая полосу усиленного первого синхроусилителя 10 широкой, а полосу усиления второго синхроусилителя узкой, можно установить величину раз". ностной частоты такой, что сигнал разностной частоты будет усилен только первым синхроусилителем 10. Для этого достаточно, чтобы было выполнено условие где дЫ, и ЛМ- полосы усиления, соответственно, первогои второго синхроусилителей 10 и .11;ш - частота звукового генератора 1;а) - частота вибрации.В результате на выходах первого и второго синхроусилителей 10 и 11 будут сигналы: У,= Р у у зхп 1,(р + ц др т (д)- 1+ 7 -2 Рфа)(6) При малых амплитудах измеряемых вибраций (А(Л) выходной сигнал .измерителя 12 отношений оказывается в широком диапазоне величины линейным, в этом случае 1,(р ) можно с высокой точностью заменить на 4 РА /4. Полу)ченный в устройстве выходной сигнал оказывается независящим от случайных изменений оптической мощности, поляризации, изменений рабочего расстоя1589052 35 Формула изобретения Составитель О. Смирнов Редактор Т. Парфенов Техред Л,сердюкона Корректор М. ПожоЗаказ 2531, Тираж 483 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР113035, Москва, )(-35, Раушская наб д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г,Ужгород, ул, Гагарина,101.ния 1, характеристик "оптическогоконтакта . Имеет место, главным образом,. зависимость от параметровэлектрической части устройства кото 5рые могут быть стабилизированы с высокой точностью,Полученная в устройстве независимость выходного сигнала от оптическихшумов позволяет значительно повыситьточность вибраций в реальных условиях эксплуатации, когда значителен фонакустических шумов, а также шумов позиционирования (люфт сканеров и т,д.).. Отсутствие точечной калибровки и переход к непрерывной самокалибровкепозволяют существенно повысить быстродействие устройства и применять предлагаемый виброметр для техническойдиагностики. 20Использование предлагаемого волоконно-оптического виброметра обеспечивает по сравнению с существующимиустройствами следующие преимущества:создается непрерывная калибровка за 25счет того, что она включается в процесс измерения вибраций; устраняю"сяшумы выходного сигнала, создаваемыеизменениями параметров "оптическогоконтакта" волоконно-оптического виброметра с вибрирующей поверхностью,что особенно важно при оперативномизмерении виброполей, когда необходимо применять сканирующие устройства;высокочастотные вибрации регистрируются и обрабатываются аппаратурой,1, Волоконно-оптический виброметр, 40содержащий последовательно соединенные источник тока накачки и источник излучения, волоконный зонд с ответвителем, оптически соединенный с источником излучения, поляризатор, фото- приемник, оптически связанный с волоконным зондом через ответвитель, и поляризатор, последовательно соединенные генератор модуляции и пьезодер- жатель для закрепления на нем измеряемого объекта и регистратор, вход которого соединен с выходом фотоприемника, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений за счет уменьшения погрешностей, связанных с,. флуктуациями оптического тракта, исключения необходимости перекалибровки в каждой точке измерения путем снижения требований к стабильности рабочего расстояния виброметра и расширения диапазона измерений в сторону высоких частот за счет перенесения диапазона регистрируемых информационных сигналов .в область низких частот, он снабжен звуковым генератором, выход которого соединен с входом источника тока накачки,синхроусилителем и измерителем отношений, а регистратор выполнен в виде синхроусилителя, при этом основные входы синхроусилителей соединены с выходом фотоприемника, опорные входы - с выходом генератора модуляции, а выходы соединены соответст венно с входами измерения отношений.2, Виброметр по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что он снабжен неподвижной платформой для установки на ней измеряемого объекта, а волоконный зонд установлен на пьезодержателе.