Оптико-электронное устройство для измерения амплитуд акустических колебаний поверхности

Оптико-электронное устройство для измерения амплитуд акустических колебаний поверхности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в интерференционных измерениях акустических полей. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет сужения спектра сигнала. Оптикоэлектронное устройство для измерения амплитуд акустических колебаний поверхности содержит лазерный интерферометр , преобразующий смещения поверхности исследуемого объекта,подвижного зеркала интерферометра в интерференционный сигнал на фотоприемнике. Второй генератор возбуждает в исследуемом объекте акустические колебания. Объект, установленный на пьезомодуляторе, совершает вертикальные колебания под действием напряжения генератора . Б результате на выходе фотоприемника наблюдаются два интерференцион ых сигнала. Для устранения паразитной модуляции установлен аттенюатор , управляемый напряжением с элементов. С преселектора сигнал поступает на смеситель, управляющее напряжение, которого вырабатывается делителем частоты. Со смесителя сигнал проходит на усилитель. Сигнал с аттенюатора проходит на детектор. Постоянная составляющая сигнала выделяется усилителем и поступает на регистратор. Предметный стол дает поступательное смещение исследуемого объекта. Информация о линейном перемещении предметного стола с измерителя вводится на вход регистратора, в результате чего на регистраторе получается эпюра распределения амплитуд колебаний. 1 ил. С/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (SD 4 G 01 Н 1/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3400618/24-28 (22) 25.02.82 (46) 15.05.86. Бюл.Р 18 (72) Е.А.Андрущак, Б.M.Букштам;

В.П.Васильев, С.А.Вилков, А.Е.Караульник, В.Я.Поддубняк .и В.П.Тычинский (53) 531. 717. 53(088.8) (56) Захаров В.П. и др. Применение лазерной интерференции для изучения колебательных явлений. — Акустический журнал, 1976, т.22, Ф 1. (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУД АКУСТИЧЕСКИХ

КОЛЕБАНИЙ ПОВЕРХНОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в интерференционных измерениях акустических полей. Цель изобретения — повышение точности измерений за счет сужения спектра сигнала. Оптикоэлектронное устройство для измерения амплитуд акустических колебаний поверхности содержит лазерный интерферометр, преобразующий смещения поверхности исследуемого объекта, подвижного зер кала интерферометра в интерференци° т онный сигнал на фотоприемнике. Второй генератор возбуждает в исследуемом объекте акустические колебания.

Объект, установленный на пьезомодуляторе, совершает вертикальные коле— бания под действием напряжения генератора. В результате на выходе фотоприемника наблюдаются два интер<, >е— ренциониых сигнала. Для устранения паразитной модуляции установлен аттенюатор, управляемый напряжением с элементов. С преселектора сигнал поступает на смеситель, управляющее напряжение которого вырабатывается делителем частоты. Со смесителя сигнал проходит на усилитель. Сигнал с аттенюатора проходит на детектор.

Постоянная составляющая сигнала выделяется усилителем и поступает на регистратор. Предметный стол дает поступательное смещение исследуемого .объекта. Информация о линейном перемещении предметного стола с измерителя вводится на вход регистратора, в результате чего на регистраторе полу" чается эпюра распределения амплитуд колебаний. 1 ил.

1?314!1

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в интерференционных измерениях акустических полей.

Целью изобретения является повы- 5 шение точности измерений за счет сужения спектросигнала.

f — частота возбуждения объекта; —" 0,01 — 100 Nt ö;

А(х, у) — распределение амплитуды возбужденных в объекте колебаний по поверхности

А(х у) «вЂ” х

° У

Объект исследований установлен на пьезомодуляторе 3, который под l0 действием напряжения генератора 4 совершает вертикальные поршневые

I колебания

F l0 — 50 Гц, где Во" (2 4) ъ х О,б-lт2 мкм;

2О

1/ — величина, характеризующая среднее положение поверхности пьезомодулятора 3 и определяющая рабочую точку интерферометра, Вследствие этого на выходе фотоприемника 2 наблюдается одновременно два инчерференционных сигнала: высокочастотный (информативный) Uq и зависящий от коэффициента отражения низкочастотный вспомогательный U> (соответственно на частотах возбуждения образца f и пьезостола F),. от— ношения которых определяют амплитуду исследуемых колебаний поверхности.

При сканировании диффузной поверхности появляется глубокая паразитная модуляция J> что вследствие хаотического характера модуляции делает измерения практически не ьыполнимыми.

Для устранения этого недостатка в основном тракте прохождения сигнала установлен управляемый аттенюатор 13, который управляется напряжением, вьг рабатываемым в кольце функциональной автоматической регулировки усиления с элементами 14 — 17. Это кольцо работает пр низкочастотному интерференционному сигналу U> и регулируемый аттенюатор 14 идентичен управляемому аттенюатору 13 основного тракта. На выходе усилителя 15 кольца автоматнчески поддерживается одна и та же амплитуда сигнала Ь независимо от сигнала U, поэтому коэффициент Б передачи аттенюаторов 14 и 13 имеет вид

Up

К15 !4 U э

На чертеже представлена блоксхема устройства. устройство для измерения амплитуд акустических колебаний поверхности содержит лазерный интерферометр 1, подвижным зе !калом которого является исследуемый объект, фотоприемник

2, установленный на выходе интерферометра, пьезомодулятор 3, генератор

4, подключенный к пьезомодулятору 3, регистратор 5, второй генератор б и предметный стол 7 с измерителем 8 перемещения, связанным со входом регистратора 5, последовательно соединенные преселектор 9, входом подключенный к выходу фотоприемника 2, смеситель 10, усилитель 11,, детектор

l2, два аттенюатора 13,14, второй усилитель 15, второй детектор l.б и фильтр 17, выходом связанный со входом второго аттенюатора 14, третьим усилителем !8, включенным между вторым выходом аттенюатора 13 и вторым входом регистратора 5, делителем 19, включенным между вторым генератором б и вторым входом смесителя 10, а второй вход второго аттенюатора 14 соединен с выходом фотоприемника 2.

Оптико-электронное устройство для измерения амплитуд акустических колебаний поверхности работает следуюшим образом.

Лазерный интерферометр преобразует нормальные параллельные лазерному лучу колебательные смещения поверхности исследуемого объекта подвижного зеркала интерферометра в интерференциальный сигнал на фотоприемнике 2.

Исследуемый объект, например кварцевый резонатор, расположен B фокусе объектива интерферометра. Второй генератор Ь возбуждает в исследуемом объекте высокочастотные колебания поверхности (акустическое поле) А(х,у, t) = А(х,у) sin 27Ff t где х,у — прямоугольные координаты в плоскости исследуемого объекта;

B(t) = В sin(y, + 2iFt), 12314)1 4 (например вдоль оси ох) предметный стол 7 дает поступательное смещение исследуемого объекта (вдоль оси х), информация о линейном смещении которого с измерителя 8 линейного перемещения предметного стола (например, линейный потенциометр) вводится на вход регистратора 5. В результате на регистраторе 5 получается эпюра

10 распределения амплитуд колебаний в сечении ox A(x). Для получения . топограммы акустического поля А(х,у) необходимо последовательно просканировать ряд сечений исследуемого объек15 та и по полученным эпюрам реконструировать всю топограмму. т.е. будет обратно пропорционален низкочастотному интерференционному сигналу U . Этим достигается автоматическая калибровка информативного сигнала по уровню коэффициента отражения света от объекта ° Повышение чувствительности устройства к субангстремным колебаниям поверхности объекта достигается накоплением слабого электрического сигнала U1 на выходе фотоприемника. После преселектора 9 предварительно отфильтрованный сигнал U< поступает на вход смесителя

10, уйравляемый напряжением, когерентным напряжению возбуждения образ ца. Управляющее напряжение смесителя 10 вырабатывается делителем 19 частоты на два. Наблюдаемые на выходе смесителя 10 нулевые биения

U в виде низкочастотного напряже- 20 ии ния малой амплитуды поступают на малошумящий усилитель ll. Полярность сигнала Ug определяется положением ни рабочей точки интерферометра и благодаря НЧ поршневым колебаниям всего 25 образца постоянно меняем знак. В связи с этим сигнал U после прохождеии ния управляемого аттенюатора 13 поступает на детектор 12, после чего информация о величине U, (а слени дов@тельно и об амплитуде колебаний) оказывается заключенной в постоянной составляющей выпрямленного сигнала нн ни

t 35

Постоянная составляющая информативного сигнала выделяется третьим интегрирующим усилителем 18. В результате работы всего устройства эффективная полоса пропускания (и по<0 роговая чувствительность) определяются постоянной времени третьего интегрирующего усилителя 18о . Далее . сигнал поступает на регистратор 5, представляющий собой двухкоординат45 ный самописец. Для получения эпюры распределения амплитуд А(х,у) в некотором сечении исследуемого объекта

Ф о р м у л а.и э о б р е т е н и я

Оптико-электронное устройство для измерения амплитуд акустических колебаний поверхности, содержащее лазерный интерферометр, фотоприемник, установленный на выходе интерферометра, пьезомодулятор, генератор, подключенный к пьезомодулятору, регистратор, второй генератор, подключенный к объекту, предметный стол с измерителем перемещения, связанный со входом регистратора, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено последовательно соединенными преселектором, входом, подключенным к выходу фотоприемника, смесителем, усилителем, детектором, аттенюатором,. вторым усилителем, выход которого подключен ко второму входу регистратора, а также последовательно соединенными вторым аттенюатором, третьим усилителем, вторым детектором и а фильтром, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго аттенюаторов, делителем, включенным между вторым генератором и вторым входом смесителя, причем вход второго аттенюатора подключен к выходу фотоприемника.

1231411

Составитель В.Лопухин

Редактор А.Долинич Техред И.Попович Корректор В. Синицкая

Тираж 507 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и о гкрытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Заказ 2557/47

Производственно †полиграфическ предприятие, r Ужгород, ул.Проектная,4