Лазерный измеритель вибрации

(% ) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСТ(56) Авторск1(ф 1254313,28 8, Бюл. У 5й институт инжавиации еро млянский (088,8 ое свид л. ОО ельство СССР 13/00, 1984(54) (57) тельн являе рений ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ЛАЗЕРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВИБРАЦИИИзобретение относится к иэмериой технике. Целью изобретениятся расширение диапазона измеэа счет возможности излучения двух ортогональных составляющих вектора вибрации, Лазерный измеритель вибрации содержит оптически связанные оптический квантовый генератор 1, первый светоделитель 2, второй светоделитель 3, первьй, второй, третий и четвертый блоки 28, 5, 7 и 29 сдвига частоты, на выходах которых формируются зондирующие лучи заданной частоты и поляризации. Далее этипараллельные лучи фокусируются объек=тивом 1 О на поверхности 11 объектаизмерения. Рассеянное излучение направляется на Фотоприемник 13, навыходе которого образуются сигналы,характеризующие горизонтальную и вертикальную составляющие вектора вибрации. 11 ервый блок 17 регистрацииобеспечивает измерение амплитуды ичастоты горизонтальной составляющейвектора вибрации, второй блок 19 регистрации обеспечивает измерениеамплитуды и частоты вертикальной составляющей вектора вибрации. В техслучаях, когда требуется большая мощность пучков, используется второй оп"тнческий квантовый генератор 36, лучкоторого направляется на расщепитель6. В этом случае второй светоделитель 3 не используется, 4 з.п. ф-лы,3721 40 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров вибрации диффузно-отражающих поверхнос 6 тей.1 елью изобретения является расширение диапазона измерений за счет ноэможности измерения двух ортогональных составляющих вектора вибра пни.На фиг,1 представлена блок-схема лазерного измерителя; на фиг2 блок-схема измерителя повышенной точности, 15Измеритель содержит оптически связанные оптический квантовый генератор 1, первый снетоделитель 2, делящий луч на два пучка, второй светоделитель 3, делящий луч на два пучка, 20 расположенный по ходу второго пучка от первого светоделителя 2, зеркало 4, второй блок 5 сдвига частоты, через зеркало 4 связанный с первым пучком от второго светоделителя 3, расщепитель 6, делящий луч на два параллельных пучка, расположенный по ходу второго пучка от второго светоделителя 3, третий блок 7 сдвига частоты, расположенный по ходу первого пучка 30 от расщепителя 6, преобразователь 8 поляризации, расположенный по ходу; второго пучка расщепителя 6, поворотное зеркало 9, фокусирующий объектив 1 О, фокусирующий излучение на диффузно-рассеивающей колеблющейся поверхности 11 объекта, связанный с выходами блоков 7 и 5 сдвига частоты, преобразователя 8 поляризации и первым пучком от первого светоделителя 2, собирающий объектив 12, фотоприемник 13, через объектив 12 связанный с поворотным зеркалом 9, первый генератор 14 высокой частоты, первый выход которого связан с электрическим входом 4 третьего блока 7 сдвига частоты, второй генератор 15 высокой частоты, первый выход которого связан с электрическим входом второго блока 5 сдвига частоты, последовательно соединенные третий полосовой фильтр 16 и первый блок 17 регистрации, последовательно соединенные четвертый полосовой фильтр 18 и второй блок 19 регистрации, вход третьего полосового фильтра 16 связан с входом четвертого полосового фильтра 18 и выходом фотоприемника 13. Каждый иэ блоков 17 и 19 регистрации выполнен н ниде пер 982ного частотного дискриминатора 20, вход которого является входом соответствующего блока регистрации, частотного детектора 21, пикового детектора 22, первого усилителя 23, вход которого связан с выходом частотного детектора 21, второго усилителя 24, вход которого связан с выходом пикового детектора 22, измерителя 25 отношения напряжения, первыйвход которого связан с выходом первого усилителя 23, второй вход - с выходом второго усилителя 24, цифрового вольтметра 26, вход которого связан с выходом измерителя 25 отношения напряжения, и частотомера 27, входкоторого связан с выходом частотногодискриминатора 20, входами частотного 21 и пикового 22 детекторов. Лазерный измеритель вибрации повышенной точности содержит дополнительно первый блок 28 (фиг,2) сдвига частоты, расположенный по ходу второго пучка от первого светоделителя 2 и связанный с вторым выходом второго генератора 15 высокой частоты, четвертый блок 29 сдвига частоты, расположенный по ходу второго пучка от расщепителя 6 и связанный с вторым выходом первого генератора 14, последовательно связанные первый полосовой фильтр 30 и первый смеси- тель 31, второй вход которого связан с первым выходом первого генератора 14 высокой частоты, выход - с вторым входом первого блока 17 регистрации, последовательно связанные второй полосовой фильтр 32 и второй смеситель 44, второй вход которого связан с первым выходом второго генератора 15 высокой частоты, выход - с вторым входом второго блока 19 регистрации, вход первого полосового фильтра 30 связан с входом второго полосового фильтра 32 и выходом фотоприемника 13. Каждый из блоков 17 и 19 регистрации дополнен вторым частотным дискриминатором 34, вход которого является вторым нходом соответствующего блока регистрации, и дифференциальным усилителем 35, первый и второй входы которого связаны с выходами первого 20 и второго 34 частотных дискриминаторов соответственно, выход - с входами частотного детектора 21, пикового детектора 22 и частотомера 27.Лазерный измеритель вибрации повышенной точности работает следующим образом.Оптический квантовый генератор 1 излучает линейно-поляризованный луч5 с частотой Я, и мощностью Р , который делится первым светоделителем 2 на два луча, Луч с второго входа первого светоделителя 2 делится на два луча вторым светоделителем 3, с первого выхода которого луч, отразившись от зеркала 4, поступает на второй блок 5 сдвига частоты, где осуществляется сдвиг по частоте на величину О,Я0,), Луч с первого выхода первого светоделителя 2 поступает на первый блок 28 сдвига частоты, где формируются два пучка, имеющих взаимно ортогональнне линейные поляризации и частоты ц, и а, +ЗЯ,. Луч с второго выхода второго светоделителя 3 делится на два луча расщепителем 6. Частота луча с первого выхода расщепителя 6 смещается третьим блоком 7 25 сдвига частоты на величину й,(а, йД. Луч с второго выхода расщепителя 6 поступает на четвертый блок 29 сдвига частоты, где формируются два пучка, имеющих взаимно ортогональные ЗО линейные поляризации и частоты сЭ,и И, + ЗЯ . Лучи с выходов первого 28 и второго 5 блоков сдвига частоты симметричны относительно оптической оси схемы и имеют равную интенсивность, луч с выхода второго блока 5 сдвига частоты и пучок частотой Я, с выхода первого блока 28 сдвига частоты имеют линейную с азимутом 45 и вертикальную линейную поляризацию, 4 О Лучи с выходов третьего 7 и четвертого 29 блоков сдвига частоты также симметричны относительно оптической оси схемы и имеют равную интенсивность. Луч с выхода третьего блока 7 45 сдвига частоты и пучок частотой Я, с выхода четвертого блока 29 сдвигао частоты имеют линейную с азимутом 45 и горизонтальную линейную поляризацию. Далее параллельные лучи с выходов блоков 5, 7, 28 и 29 сдвига частоты фокусируются объективом 1 О на поверхности 11 объекта измерения, Рассеянное излучение, промодулированное по частоте, вследствие доплеровского эффекта направляется объективом 1255 на фотоприемник 13, на выходе которого образуются сигналы, имеющие переменные составляющие на частотах Й,+1 1 2 Л, -ИЦ 1 1+Ых2 Й, -(х )где Ых, Ы - доплеровские сдвиги частот по горизонтальной и вертикальной осям соответственно,и помехи на других комбинационных частотах. Сигналы с частотами й, + Ы и2 Я, - Явыделяются четвертым 1 8 ивторым М полосовыми Фильтрами соответственно. На выходе второго смесителя 33 выделяется сигнал с частотойй 1 -ИцДалее сигналы с частотамиЙ, +Ы, и Д - И- поступают на часлтотные дискримийаторы 20 и 34 соответственно, на выходе которых ониимеют одинаковые амплитуду и частоту,на находящиеся в противофазе, засчет чего на дифференциальном усилителе 35 происходит удвоение полезного сигнала при одновременном уменьшении шумов. На выходе цепочки частотный детектор 21 - первый усилитель 23 получают сигнал, пропорциональныи частоте колебания объекта 11,на выходе цепочки пиковый детектор22 - второй усилитель 24 - сигнал,пропорциональный произведению амплитуды вертикальной составляющей вибрации на ее частоту. На выходе измерителя 25 отношения напряжения цифровой вольтметр 26 регистрирует амплитуду вертикальной составляющей вибрации. Частотомер 27 измеряет частоту вибрации объекта 11. Таким образом, второй блок 19 регистрации обеспечивает измерение амплитуды и частоты вертикальной составляющей вектора вибрации. Сигналы с частотами, + Их и 2 0 - И х выделяются третьим 16 и первым 30 полосовыми фильтрами. На выходе первого смесителя 31выделяется сигнал с частотой Й,-Их.Далее сигналы с частотой й+аий, - ыпоступают на входы первогоблока 17 регистрации, Который обеспечивает измерение амплитуды и частоты горизонтальной составляющей вегтора вибрации. В тех случаях, когдатребуется большая мощность пучков,используется второй оптический квантовый генератор 36, луч от которогонаправляется на расщепитель 6, оптически согласованный с ним, В этомслучае второй светоделитель 3 не используется, 137219811 оляризации зондирующих пучков могут быть также круговыми, что позволяет для некоторых рассеивающих объектов использовать большую угловую апертуру приемной оптики, Для этого дополнительно устанавливается четнертьнолноная пластина 37 и в качестве преобразователя 8 поляризации также используется четвертьволновая пластина, с помощью которых поляризации лучей устанавливаются соответственно леноциркулярной и правоциркулярной,10 15Формула изобретения 1Лазерный измеритель вибрации,содержащий оптически связанные оптический квантовый генератор, первыйснетоделитель, делящий луч на двапучка, второй снетоделитель, делящийлуч на дна пучка и расположенный походу второго пучка от первого светоделителя, зеркало, расположенное походу первого пучка от второго светоделителя, расщепитель, два блокасдвига частоты, поворотное зеркало,фокусирующий объектив, связанный свыходами блоков сдвига частоты, со 30бирающий объектив, фотоприемник, через собирающий объектив связанный споворотным зеркалом, первый генератор высокой частоты, первый блокрегистрации, состоящий из первогочастотного дискриминатора, вход кото- З 5рого является первым входом блока регистрации, последовательно соединенных частотного детектора, первогоусилителя, измерителя отношения на 40пряжения и цифрового вольтметра, последовательно соединенных пиковогодетектора и второго усилителя, выходкоторого связан с вторым входом измерителя отношения напряжения, часто 45томера, вход которого связан с входами частотного и пикового детекторов,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью расширения диапазона измере"ний, он снабжен преобразователем поляризации, вторым генератором высокой частоты, двумя полосовыми фильтрами, вторым блоком регистрации,идентичным первому блоку регистрации,первый блок сдвига частоты расположен по ходу первого пучка второго светоделителя, отраженного от зеркала,его электрический вход связан с перным выходом второго генератора высокой частоты, расщепитель расположен по ходу второго пучка от второго снетоделителя, второй блок сдвига частоты расположен по ходу первого пучка от расщепителя, его электрический вход связан с первым выходом первого генератора высокой частоты, преобразователь поляризации расположен по ходу второго пучка от расщепителя, вход первого полосового фильт" ра связан с входом второго полосового фильтра и выходом фотоприемника, выход первого полосового фильтра связан с первым входом первого блока регистрации, выход второго полосового фильтра связан с первым входом второго блока регистрации, в каждом блоке регистрации выход частотного дискриминатора связан с входами частотного и пикового детекторов и частотомера.2. Измеритель по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью поньппения точности измерений, он снабжен двумя дополнительными блоками сдвига частоты, двумя дополнительными полосовыми фильтрами, двумя смесителями, каждый из блоков регистрации дополнен вторым частотным дискриминатором и дифференциальным усилителем, первый дополнительный блок сдвига частоты расположен по ходу первого пучка от первого светоделителя, его электрический вход связан с вторым выходом второго генератора высокой частоты, второй дополнитель" ный блок сдвига частоты расположен по ходу второго пучка от расщепителя, его электрический вход связан с вторым выходом первого генератора высокой частоты, вход первого дополнительного полосового фильтра связан с входом второго дополнительного полосового фильтра и выходом фотоприемника, выход - с первым входом первого смесителя второй вход каждого связан с первым выходом первого генератора высокой частоты, выход - с вторым входом первого блока регистрации, выход второго дополнительного полосового фильтра - с входом второго смесителя, второй вход которого связан с первым выходом второго генератора высокой частоты, выход - с вторым входом второго блока регистрации, для каждого блока регистрации вход второго частотного дискриминатора является вторым входом бло 1372198ка регистрации, выходы первого и второго частотных дискриминаторов соединены с первым и вторым входами дифференциального усилителя соответственно, выход которого связан с входами частотного и пикового детекторов и частотомера.3. Измеритель по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что преобразователь поляризации выполнен в виде полуволновой пластины, два блока сдвига частоты выполнены в виде последовательно установленных четверть- волновой пластины, электрооптического кристалла и второй четвертьволновой пластины. Измеритель по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что он снабженчетвертьволновой пластиной, установленной по ходу первого луча от перво)го светоделителя, преобразовательполяризации выполнен в виде четвертьволновой пластины, два блока сдвигачастот выполнены в виде последовательно установленных четвертьволновой пластины и электрооптическогокристалла.5, Измеритель по и.1, о т л и -ч а ю 01 и й с я тем, что он снабжен вторым оптическим квантовым генератором, который оптически согласован с расщепителем,