Способ определения продольного смещения вращающихся диффузно-рассеивающих объектов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 19) (11) СПУБЛИ 1 00 51)5 О 01 Р 3/36,РЕ ЕЛЬСТВ Изобретв частностижет найтипродольноговающих обълогии и другИзвестения до движ ГОСУДАР СТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР С)ПИСАНИК АВТОРСКОМУ СВИ(71) Белорусский научно-исследовательскийинститут неврологии, нейрохирургии и физиотерапии и Институт физики АН БССР(56) 1. "Е 1 ег- орОс бзтапсе зепзог Ьазеб опзрес 3 е чеосту бетег 1 оп" А.НаузЬ апб. 2. Озсапсе гпеазогепзептз 1 гогп а прочпцоЬест Ьезеб оп зресЫе неосту бесегсоп.Арреб орОсз,чо. 20, К. 5, 1981, р, 721-722,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОДОЛЬНОГО СМЕЩЕНИЯ ВРАЩАЮЩИХСЯДИФФУЗНО-РАССЕИВАЮЩИХ ОБЪЕКТОВ(57) Использование; изобретение относитсяк спекл-оптике, в частности к измерительной технике, и может найти применение дляопределения продольного смещения диффузно-рассеивающих объектов в машиностроении, биологии и т.д. Лазерным пучкомс заданной степенью расходимости освещают диффузно-рассеивающий объект,движущийся с некоторой скоростью в направлении, перпендикулярном оси распроние относится к спекл-оптике, измерительной технике, и морименение для определения смещения диффузно-рассеиктов в машиностроении, биох отраслях науки и техники, способ определения расстояущегося объекта, включающий странения пучка, и находящийся на некотором расстоянии от фокуса линзы. Движение объекта приводит к изменения спекл-поля, образованного рассеянным от этого объекта когерентным излучением. С помощью фотоэлектрического датчика регистрируют и преобразуют флуктуации интенсивности спекл-поля в электрический сигнал, который анализируют путем разложения полученного электрического сигнала в спектр. Регистрируют амплитуду А спектральной гармоники в спектре флуктуаций интенсивности спекл-поля от диффузно-рассеивающего обьекта, находящегося в положении, характеризуемом координатой 2 ь Затем объект смещают в направлении распространения лазерного пучка и регистрируют амплитуду А спектральной гармоники флуктуаций интенсивности спекл-поля от диффузно-рассеивающего объекта в положении 22, далее 2 з, 24. Произведенные измерения зависимости амплитуды спектральной кривой от продольного смещения исследуемого объекта позволяют получить калибровочную кривую, с помощью которой можно определить продольное смещение объекта. На отдельных участках изменение амплитуды спектральной гармоники прямо пропорционально продольному смещению объекта, 4 ил,освещение объекта когерентным излучени ем, формирование двух оптических сигна лов из рассеянного излучения с последующей их фоторегистрацией 11.Недостатком данного способа является необходимость проведения сложной про странственной фильтрации с помощью когерентно-уложенного волоконно-оптиче5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ского фильтра, а также необходимость формирования двух сигналов, сравниваемых при помощи дифференциального усилителя,Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ определения продольного смещения движущихся диффузно-отражающих объектов, включающий освещение объекта когерентным излучением с заданной степенью расходимости, частотную модуляцию полученного рассеянного спекл-поля и фотоэлектрическую регистрацию 2).Однако известный способ не позволяет определять продольное смещение объекта.Целью изобретения является расширение диапазона измерения продольного смещения объекта.Цель достигается тем, что в способе определения продольного смещения диффузно-рассеивающих объектов путем освещения объекта когерентным излучением с заданной степенью расходимости, фотоэлектрической регистрации спекл-поля, образованного рассеянным от исследуемого объекта излучением, и анализа электрического сигнала, отличием является то, что анализ электрического сигнала осуществляется путем разложения его в спектр и определение продольного смещения диффузнорассеивающего объекта производят по амплитуде спектральной гармоники.Способ осуществляют следующим образом,Лазерным пучком с заданной степенью расходимости от лазера 1 освещают диффузно-рассеивающий объект 2, движущийся с некоторой скоростью Ч в направлении, перпендикулярном оси распространения пучка, и находящийся на расстоянии Е от фокуса линзы 3 (фиг, 1 и 2), Диаметр освещаемого участка поверхности диффузно-рассеивающего объекта - а, ширина перетяжки - го, Движение объекта приводит к изменению спекл-поля, образованного рассеянным от этого объекта когерентным излучением. С помощью фотоэлектрического датчика 5, расположенного на расстоянии Й от исследуемого объекта, через полевую диафрагму 4 регистрируют и преобразуют флуктуации интенсивности спекл-поля в электрический сигнал, который поступает на анализатор 6 спектра, посредством которого производят разложение полученного электрического сигнала в спектр. С целью оптимальной работы устройство необходимо, чтобы размер полевой диафрагмы 4 фотоэлектрического датчика 5 был соизмерим с размером единичного спекла. Регистрируют амплитуду А спектральной гармоники в спектре флуктуаций интенсивности спекл-поля от диффузнорассеивающего объекта, находящегося в положении, характеризуемом координатой 21. затем объект смещают в направлении распространения лазерного пучка и регистрируют амплитуду А спектральной гармоники флуктуаций интенсивности спекл-поля от диффузно-рассеивающего объекта в положении Ег, далее Ез, 74 и т.д.Перемещение исследуемого объекта в продольном направлении приводит к изменению геометрических параметров схемы, таких как размер освещаемой эоны на поверхности этого вращающегося объекта, что вызывает изменение размеров спеклов. Изменение геометрических параметров схемы приводит также к изменению радиуса кривизны волнового фронта освещающего пучка, что вызывает изменение скорости пробегания спеклов через апертуру фотоэлектрического датчика и скорости декор- реляции спеклов, В результате этого происходит изменение амплитуды А спектральной гармоники флуктуаций интенсивности рассеянного спекл-поля,Произведенные измерения зависимости амплитуды спектральной кривой от продольного смещения исследуемого обьекта позволяют получить калибровочную кривую, с помощью которой можно определить продольное смещение объекта. На отдельных участках измерение амплитуды спектральной гармоники прямо пропорционально продольному смещению обьекта.В общем виде огибающую спектра флуктуаций интенсивности динамического спекл-поля, образованного при рассеянии лазерного гауссового пучка на движущемся диффузно-рассеивающем объекте, можно выразить следующим соотношением;1 щ= 7 с ехр(-ю тс ),2 2где- постоя н ная времени, которая я вляется функцией продольной координаты Е. Экспериментальная зависимость 1 представлена на фиг. 3. Оптимальным для регистрации продольного смещения является прямолинейный участок данной кривой,Применение изобретения поясняется конкретным примером,Исследовалась возможность определения продольного смещения вращающегося диффузно-пропускающего диска путем регистрации изменения амплитуды спектральной гармоники спекл-поля, образованного рассеянным от излучаемого объекталазерным излучением, на частоте вращения при смещении объекта в продольном направлении. Частота вращения диска равна 60 Гц. Расстояние от оси вращения до центра освещаемого участка диска равно 45 мм, Фокусное расстояние линзы - 11 см. Размер отверстия полевой диафрагмы равен 120 мкм,Полученные данные приведены на графиках фиг. 3 и 4, Для схемы измерения продольного смещения диффузно-рассеивающих объектов (фиг. 1), имеющей геометрические параметры освещающего пучка; изображенные на фиг, 2, произведенные измерения позволяют получить калибровочную кривую (фиг, 3), с помощью которой можно определить величину продольного смещения объекта. На фиг, 3 показано изменение амйлитуды спектральной гармоники (частота 60 Гц) флуктуаций интенсивности спекл-поля от фазового диска при смещении его в продольном направлении. На фиг, 4 показан участок калибровочной кривой, на котором изменение амплитуды прямо пропорционально продольному смещению объекта,Изобретение позволяет расширить диапазон измерения продольного смещения диффузно-рассеивающего объекта в сравнении с прототипом на порядок.Таким образом, заявляемый способ позволяет расширить диапазон измерения 5 продольного смещения объекта,Формула изобретенияСпособ определения продольного сме щения вращающихся диффузно-рассеивающих объектов путем освещения объекта когерентным излучением с заданной степенью расходимости, фотоэлектрической регистрации спекл-поля, образованного 15 рассеянным от объекта излучением, и анализа электрического сигнала, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений продольного смещения объекта, анализ электрического сигнала 20 осуществляют путем разложения его вспектр и определение продольного смещения диффузно-рассеивающего объекта производят за счет измерения амплитуды спектральной гармоники на частоте враще ния объекта по соответствующей калибровочной кривой,1765768Составитель С. Дик Редактор Т, Лошкарева Техред М,Моргентал Корректор Н, Гунько Заказ 3383 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101