Устройство для измерения вибраций

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоцмалистичесинхРеспублик и 939934(22)Заявлено 12.0680 (2) 2939241/25-28с присоединением заявки Рй(51)М. Кл. С 01 В 11/00 Гоеудеретванны 11 кеинтет СССР по делам нзабретеннй н открытнй(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИЙ разнесенных световых пятен (двухлучевое или трехлучевое освещение), что принципиально не позволяет отличить установившиеся поперечные колебания поверхности от бегущих волн, 5что сказывается на точности измерений. Цель изобретения - повышение точности измерения вибраций,Поставленная цель достигаетсятем, что устройство снабжено последовательно установленными между источником излучения и решеткой Фокусирующей линзой, двояколучепреломляю 15щим кристаллом и коллимирующей линзой, анализатором, расположенныммежду вторым объективом и диафрагмой,последовательно размещенными на вы 20ходе потока излучения от анализаторавторыми диафрагмой, светофильтром ифотоприемником и Фазометром, соединенным входами с выходом соответствующего Фотоприемника. Изобретение относится к контролБ=но-измерительной технике, в частности к приборам для измерения параметров механических вибраций,По основному авт. св.СССР Г 811072известно. устройство для измерениявибраций, которое содержит последовательно установленные монохроматический источник излучения и объектив,последовательно установленные диафрагму, светофильтр, Фотоприемник ирегистрирующую систему, второй объектив и решетку, жестко связанную свибратором и установленную между источником излучения и первым объективом отражающим покрытием непрозрачных штрихов к объективу, а второйобъектив размещен в ходе отраженного от решетки излучения, переддиафрагмой 1.В известном устройстве на поверхности исследуемого объектива реализуется распределение освещенностив виде двух или трех пространственно39934 4 тины 3 и фокусного расстояния линз 2 и 4 и объектива 6.На чертеже показаны направления лучей, формирующих составляющие спект. ров нулевого порядка. В случае гармонической решетки эти спектры имеют по три составляющие: 0 и 1 дифракционные порядки. спектр Фурье прямоугольной решетки 5 имеет много 1 о порядков. В этом случае высшие дифракционные максимумы могут быть перекрыты с помощью диафрагмы ( маски),расположенной вблизи исследуемогообъекта (на чертеже не указано). Таким образом, на рассеивающей поверхности можно выделить две пространственно разнесенные области, в каждойиз которых реализуется распределение освещенности в виде трех световых пятен (трехлучевое освещение),при 3 9На чертеже приведена блок-схема устройства.Устройство содержит высокомонохроматический источник 1 излучения света, например стабилизированный по амплитуде и частоте газовый лавер, фокусирующую линзу 2, двояколучепреломляющии кристалл, например пластину 3 из кристалла кальцита, коллимирующую линзу 4, дифракционную решетку 5 с чередующимися зеркально отражающими и пропускающими штрихами, объектив 6. Объект исследования 7 помещается в задней фокальной плоскости объектива 6, решетка 5 - в передней. Второй ,объектив 8 расположен в ходе отра- . женного от решетки излучения перед анализатором 9, который служит для пространственного разделения рассеянного света по поляризациям. В ка;иестве анализатора 9 можно использовать модифицированную призму ФранкаРиттера, В состав устройства также входят диафрагмы 10 и 11, интерфе-. ренционные светофильтры 12 и 13 на длину волны света источника 1, Фотоприемники 14 и 15. Для измерения сдвига Фаз выходных сигналов Фотоприемников ( первых гармоник сигнала ) применяется фазометр 16. Решетка 5 жестко связана с вибратором 17, зеркальное покрытие штрихов решетки 5 обращено в сторону объектива 8.Для измерения амплитуд вибраций к Фотоприемникам 14 и 15, следует подключать регистрирующую систему (на чертеже не указана).Устройство работает следующим образом.Плоскополяризованный луч от источника 1, проходя через линзу 2, падает на пластину 3, изготовленную иэ кристалла кальцита, Луч падает нормально естественной грани кристалла, Из пластины 3 выходят два луча, поляризованные во взаимно ортогональных плоскостях, которые коллимируются линзой 4. Таким образом, на дифракционную решетку 5 падают две плоские волны разной поляризации под некоторым углом друг к другу, На поверхности исследуемого объектива 7, рас" положенного в задней фокальной плос" кости объектива 6, реализуется распределение освещенности, представляющее собой спектры Фурье решетки 5, смещенные относительно друг друга на величину, зависящую от толщины плас 2 зо З 5 о5 5 О 55 чем излучение в каждой из укаэанных областей характеризуется разным направлением вектора поляризации,В случае объекта с шероховатой поверхностью рассеянный свет образует в плоскости решетки 5 картину, являющуюся результатом наложения двух случайных световых полей разной поляризации. Каждое из этих полей представляет собой спектр структуру, промодулированную системой интерференционных полос Юнга. Частота полос совпадает с пространственной частотой дифракционной решетки, а их фаза в каждом элементе спектр-структуры случайна. Результирующее световое поле, отраженное штрихами решетки 5, проходя через объектив 8, попадает на анализатор 9, где происходит пространственное разделение исходных случайных полей по поляризациям, Плоскости расположения фотоприемников 14 и 15 и дифракционной решетки 5 являются сопряженными по отношению к объективу 8, который позволяет также согласовывать размеры светового конуса, образованного рассеянным светом, с входным зрачком анализатора. фотоприемники 14 и 15 осу- ществляют преобразование изменений светового потока в эквивалентные изменения фототока.Поскольку малые поперечные гармо" нические возмущения рассеивающей поверхности, длина волны которых гораздо больше расстояния между соседними порядками в спектре решетки 5, вызывают колебательное движение системы интерференционных полос относи993" 6на вход регистрирующей системы (начертеже не указано).Использование таких элементов,как двояколучепреломляющий кристаллс фокусирующей и коллимирующей линзами, а также анализатор, второй:фотоприемник и фазометр обеспечивает возможность регистрации поперечных бегущих поверхностных волн де 10 формации, что позволяет отличитьустановившиеся колебания поверхности от бегущих волн, определить направление и скорость их распространения, а также при необходимостиИ измерить амплитуду и частоту, чтов итоге приводит к повышению точности измерения вибраций,Формула изобретения 5 93 тельно штрихов решетки 5, выходные сигналы фотоприемников 14 и 15 описывают характер возмущенияизменение угла наклона ) поверхности в областях локализации спектров.8 случае установившихся колебаний рассеивающей поверхности эти сигналы будут отлицаться друг от друга, Указанный факт обусловлен различием е величинах измеряемых углов наклона поверхности в соответствующих областях и тем, что фотоприемники 1 М и 15 могут быть настроены на пятна с разными фазами модулирующих полос. Последнее обстоятельство приводит к тому, цто разность Фаэ сигналов ( первых гармоник сигнала ) может принимать значения О+ ЛКогда поперечные возмущения поверхности объекта 7 представляют собой бегущую волну, направление распространения которой совпадает с линией, соединяющей центры освещенных областей, характеризующихся разной поляризацией иэлученйя, величина разности фаз сигналов с точностью до ф Я определяется выражениемЬЧ= 2 фЛ где д х - расстояние между центрами областей; Л - длина возмущающей волны. Для устранения неоднозначности результата измерений Ь Ч необходимо потребовать выполнение следующих условий: Ь Х ( - ; Ь Ч ( -Таким образом, направление и скорость распространения волны можно определить по знаку и величине разности фаз сигналов, характеризующих деФормации поверхности в укаэанных областях.Для оценки амплитуд вибраций сиг,налы с выходов Фотоприемников подают Устройство для измерения вибрацийпо авт.св. к 811072, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повы 2 щения точности измерения вибраций,оно снабжено последовательно установленными между источником излучения и решеткой Фокусирующей линзой, двояколучепреломляющим кристаллом и коллимирующей линзой, анализатором, расположенным между вторым объективом и диафрагмой, последовательно размещенными на выходепотока излучения от анализатораЭ 5вторыми диафрагмой, светофильтроми фотоприемником,и фазометром, соединенным входами с выходом соответствующего фотоприемника.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское саидетельство СССР6 811072 по заявке Р 27507/25-28,кл. С 01 В 11/00, 1979 (прототип).939934 Составитель В.КлимоваРедактор А.Фролова Техред Ж.Кастелевич ектор А дзятко Зака лиал ППП "Патент", г. Ужгороц, ул. Проектная, 4 49/59 Тираж 614 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 3035, Москва, Ж, Раушс