Способ определения параметров колебаний микрообъектов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1820201 А 1 601 В 9/О ГОСУДАРСТВЕН ЮЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ ВТ(71) Центральный научно-исследовательский институт измерительной аппаратуры и Научно-исследовательский институт меха. ники и физики при Саратовском государственном университете(72) Д,А.Усанов, О.Н,Куренкова, В.Д,Тупикин, А.О.Дарченко и А.Б.Письменная (56) Авторское свидетельство СССР М 1408241, кл. 6 01 Н 9/00, 1988,2. Авторское свидетельство СССР Рл 1626093, кл; 6 01 Н 9/00, 26/07.89.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕБАНИЙ МИКРООБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к вибрационным измерениям, и может быть использовано для определения добротности и амплитуды колеблющихся микрообъектов. Целью изобретения является расширение информатся к вибрационбыть использовадобротности. и микрообъектов. является повышетем определения механических коя тем,что в спосо. етров колебаний щемся в том, что аблюдают его резью оптической сиИзобретение относиным измерениям и можетно для определенияамплитуды колеблющихсяЦелью изобретенияние информативности пудобротности и алплитудылебаний, Цель достигаетсбе определения параммикрообъектов, заключаюосвещают микрообъект, нкое изображение с помощ тивности способа за счет определения помимо. резонансных частот колебаний микрообъектов еще добротности и амплитудымеханических колебаний. Способ определения параметров колебаний микрообъектовзаключается в том, что освещают колеблющийся объект, наблюдают его резкое изображение, плавно изменяют значениявозбуждающих частот в заданном диапазоне частот колебаний, фиксируют моментвозникновения резонанса по размытиюиэображения, при наблюдении резонансаплавно изменяют возбуждающую частотупри постоянной амплитуде возбуждения,измеряют диаметр (длину штриха) кружка. 3размытия точки иэображения, фиксируютего максимальное значение, а также значе-.ние, вУ 2 меньшее максимальной, соответствующие значения возбуждающих частот и всоответствии с математической формулойопределяют добротность системы и амплитуду колебаний. 1 ил,вюЪ стемы, плавно изменяют значения возбуждающих чюстот в заданном диапазоне частот колебаний при постоянной амплитуде возбуждения, в процессе наблюдения изображения фиксируют момент возникновения размытия иэображения, соответствующий резонансу, и определяют резонансные частоты колебаний микрообьектов, после фиксации момента возникновения .размытия иэображения плавно изменяат частоту, измеряют диаметр кружка размытия точек иэображения, фиксируютего максимальное значение, а также значение, в 2, меньшее максимального, и соответствующие частоты, по которым определяют добротность системы и амплитуду колебаний из следующих выражений: айвах Е 1 фк - Гг ф.ф где Г-"Зф- значение резонансной часточгты, соответствующее максимальному диаметру кружка размытия . при наблюдении резонанса колебаний, Г 1 а, Ггь - значениечастот колебан й, соответствующих уменьшению макоимального диаметра кружка размытия в 2,плитуда колебаний;тр кружка размытия точки изо где а - .- диа бр н ертура объектива оптической сис темы;1 - длина тубуса оптической системы; Р- увеличение объектива;г - рабочее расстояние объектива;1 - . фокусное расстояние. объектива, Изобретение поясняется чертежом, поясняющим полученную зависимость амплитуды колебаний и диаметра кружка размытия точек изображения.Способ осуществляется следующим образом.В поле зрения оптического устройства устанавливают на предметном столике электродинамический вибровозбудитель с закрепленным на его рабочей поверхности исследуемым объектом, включают источник освещения, блок управления оптического устройства, генератор низкочастотных сигналов и частотомер, вибровозбудитель. С помощью устройства наводки на резкость оптического устройства перемещают оптическое устройство до получения на экране монитора оптического устройства резкого изображения колеблющегося объекта, затем плавно изменяют возбуждающую частоту с помощью генератора низкочастотных сигналов в заданном (рабочем) диапазоне частот, по наблюдению размытия резкого изображения находят резонанс колебаний, наблюдая картину. размытия резкого изображения, плавно изменяют воэбуждающую частоту при постоянной амплитуде возбуждающих колебаний, по изменению контраста изображения с помощью блока управления оптического устройства опреде ляют максимальное значение диаметра(длина штриха) кружка размытия точки изображения, затем. значение этой величины в 2,меньшее максимальной и по частотомеру определяют соответствующие часто- "0 ты, по которым с помощью приведенныхсоотношений (1, 2) определяют значение добротности и амплитуды колебаний микро- объектов, находящихся в резонансе колебаний.15 В качестве примера конкретного выполнения определялась добротность и амплитуда колеблющейся сетки светового табло.Исследуемый участок сетки. закреплялся на . рабочей поверхности электродинамического вибровозбудителя, размеры которого позволяют устанавливать его на рабочий столик оптического устройства для наблюдения увеличенного изображения. Как известно, при наличии резонанса колебаний 25 точки поверхности, колеблющиеся с одинаковой амплитудой, образуют упорядоченным образом расположение линии. При этом картина распределения амплитуд колебаний характеризуется наличием чередующихся узлов и пучностейПри выбранной глубине резкости оптического устройства картина точек поверхности, являющихся узлами, сохраняется резкой, а точки, создающие пучности колебания, если их амплитуда превышает глубину резкости оптического устройства, размывают изображение. При. этом каждой резонансной частоте соответствует свой рисунок рэзмытия изображения, определяемый формой колебания на 40 данной частоте, Нерезонансные колебанияс амплитудой, превышающей глубину резкости дают однородную картину размытия изображения всей наблюдаемой поверхности, в целом. Была определена зависимость 45 диаметра (длина штриха) кружка размытияточек изображения поверхности от амплитуды колебаний на различных резонансных частотах, исходя из следующих представлений: значение амплитуды поперечных коле баний объекта рассматривалось, какпродольноесмещение т.А, в т,А 1, вдоль оптической оси объектива О, с помощью которого было получено оптическое изображение точек поверхности колеблющегося объекта, Тогда, используя соотношение Ньютона, можно определить смещения т,Ао относительно смещения соответствующей точки изображения Ао в положение А 1 в виде1820201 а/а= -Й, (3)В соответствии со схемой построенияиэображения из подобия треугольников00 1 А 1 и А 1 АОАо следует, что-А/"Оэ)= 2 +,2 (8)Подставляя (6) в (5), получим квадратное уравнение относительно а: 20 В связи с.тем, что в конкретном случаереализации предлагаемого способа изображение, полученное с помощью объектива навидиконе, наблюдается на экране монитора, необходимо учесть увеличение р в системе видикон - экран монитора,) соответственно диаметр кружка раэмытияна экране монитора= 21 Р,лебаний значения Ьпех и - - - и соответстЬпахУ 2вующие значения частот и определять значение добротности, используя соотно. шение 0Ъ 2 32 Таким образом, выражение (7) будет35иметь вид 40 45 9)50 55 Решая (8), получим а 1.2 оответственно из (8) ображени но набл ие ампли ение глуб тва, кОтО изображ анном слРаэмытие из поверхности мож вии, что значен превосходитзнач тическогоустройс для наблюдения гося объекта. В д я колеблющейся юдэть при .услотуды колебания ины резкости опрое используется ения колеблющеучае использоваИз Ь А 1010 следует, что э+ г+ э+ 2,+ . "1 + з +о а 2+ (г+) а + - р(1+)" 0 (8) ние системы объектив - видикон - экранмонитора глубина резко изображаемогопространства (глубина резкости) Л определяется выражением где- расстояние от заднего фокусаобьектива до экрана монитора; 1 - фокусное расстояние объектива;И - разрешающая способность видикона (лин/лин), которая определяет диаметр минимального кружка размытия, воспринимаемого как точка. Величина Ь служит поправочным коэф.фициентом при определении значения а, Как показал анализ выражения (10) зависи-. мость диаметра кружка размытия точки изображения (длины штриха) от амплитуды а можно считать линейной с по 1 решностью, не.превышающей 1,5 , поэтому при определении добротности нет необходимости использовать выражения (9, 10) достаточно определять при наблюдении резонанса коПредлагаемый способ может быть с высокой эффективностью использован в микроэлектронике, электронной промышленности, в неразрушающем конт- ропе вибрационных параметров различных изделий и различных систем, находящихся в состоянии вибрационного возбуждения,Формула изобретения Способ определения параметров колебаний микрообъектов, заключающийся в том, что освещают микрообъект, наблюдают его резкое изображение с помощью оптической системы, плавно. изменяют значения возбуждающих частот в заданном диапазоне частот колебаний при постоянной амплитуде возбуждения, в процессе наблюдения изображения фиксируют момент возникновения размытия изображения, соответствующий резонансу, и определяют резонансные частоты колебаний микрообьектов,отл ичэ ющийсятем,что,с целью повышения информативности способа за счет определения также и добротности системы и амплитуды колебаний, после фиксации момента возникновения размытия1820201 Р 11 ищ, Гг вз -"значения частот1 гколебаний, соответствующих уменьшению максимального диаметра кружка размытия 5 вЧ 2,тия точки Реввх 1 - Ргеской с где Ривке - значение Резонансной частоты, 1соответствующее максимальному диаметрукружка размытия при наблюдении резонанса колебаний; . тем тива; ектива.. Составитель О. КуренковаРедактор Техред М.Моргентал Корректор Е, Пап аказ 2022 . Тираж .Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва; Ж, Раушская наб., 4/5 ельский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 извадс гвенно изображения, соответствующего резонансу, плавно изменяют частоту, измеряют диаметр кружка размытия точек изображения,фиксируют его максимальное значение, а также значение, в 2 меньшее максимального, и соответствующие частоты, по которым определяют добротность системы 0 и амплитуду колебаний а из следующих выра- жений где . - диаметр кружка размизображения; А - апертура обьектива оптитемы;.- длина тубуса оптической ф- увеличение объектива; г - рабочее расстояние обье 1 - фокусное расстояниеобь