Устройство для измерения вибраций

Устройство для измерения вибраций

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союа Советских

Социалистических

Республик и 11 8ИОУ2 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.04.79 (21) 2745047/25-28 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.03.81. Бюллетень № 9 (45) Дата опубликования описания 07.03.81 (51) M Кл з

G 01В 11/00

Государстееииый комитет ссср по делам изобретений и открытий (53) УДК 531.717.53 (088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

В. С. Анчуткин и В. И. Шмальгаузен

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. М. В. Ломоносова (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИЙ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к приборам для измерения параметров механических вибраций.

Известны лазерные устройства для регистрации вибраций тел, содержащие высокомонохроматический источник света, интерферометр, в котором осуществляется двухлучевое освещение образца, пространственный фильтр, фотоприемник и регистра- р op ().

Недостатками известных устройств являются необходимость согласования системы интерференционных полос с пространственным фильтром и трудность использования 15 устройства при регистрации вибраций шероховатых тел.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройстводля измерения вибраций, содержащее последовательно установленные монохроматический источник излучения и объектив, последовательно установленные диафрагму, светофильтр, фотоприемник и регистрирующую систему, второй объектив и решетку (2).

Недостатком этого устройства является необходимость согласования пространственного фильтра с системой интерференционных полос по периоду и направлению в ЗО пространстве, что создает технические трудности при юстировке прибора. Кроме того, для измерения абсолютных величин амплитуд колебаний необходимо также для каждого конкретного объекта исследования получить калибровочное соотношение, зависящее от качества юстировки прибора. Все это приводит к снижению точности измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено вибратором, жестко соединенным с решеткой, выполненной с чередующимися отражающими и пропускающими штрихами и установленной между источником излучения и первым объективом отражающим покрытием к объективу, а второй объектив размещен в ходе отраженного от решетки излучения перед диафрагмой.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит монохроматический источник 1 излучения, например стабилизированный по амплитуде и частоте газовый лазер, дифракционную решетку 2 с чередующимися зеркально отражающими и пропускающими штрихами, вибратор 3, жестко соединенный с решеткой 2, объектив 4. Зер8!1072

65 кальное покрытие отражающих штрихов решетки 2 обращено в сторону объектива

4. Шероховатый объект 5 исследования помещается в задней фокальной плоскости объектива 4, решетка 2 — в передней. В состав устройства также входят второй объектив б, диафрагма 7, интерференционный светофильтр 8 на длину волны излучения источника 1 излучения, фотоприемник 9 и регистрирующая система 10.

Устройство работает следующим образом. Параллельный пучок света от источника 1 падает на дифракционную решетку

2, расположенную в передней фокальной плоскости объектива 4. В задней фокальной плоскости объектива 4, где расположена рассеивающая поверхность объекта 5, получается распределение освещенности, представляющее собой спектр Фурье решетки 2. При гармонической решетке этот спектр, как известно, имеет три составляющие 0 и +1 дифракционные порядки. Для прямоугольной решетки спектр Фурье имеет много порядков. В этом случае высшие дифракциснные максимумы могут быть перекрыты с помощью диафрагмы, расположенной вблизи исследуемого объекта (на чертеже не показано). Таким образом, на рассеивающей поверхности удается реализовать распределение освещенности в виде трех световых пятен («трехлучевое» освещенне), размеры и расстояние между центрами которых можно изменять, варьируя фокуснос расстояние объектива, ширину входного пучка света и период решетки. (Мо>кно применять также двухлучевое освещение, перекрыв диафрагмой один из

1-ых дифракционных порядков). Для рассматриваемой геометрии устройства при регистрации вибраций шероховатого тела световое поле, рассеянное объектом, образует в плоскости решетки 2 пятнистую структуру, изрезанную системой интерференционных полос. Период интерференционных полос совпадает с периодом решетки, а их фаза в каждом пятне случайна.

Таким образом, в устройстве осуществляется автоматическое согласование системы интерференционных полос с пространственным фильтром, в качестве которого выступает дифракционная решетка 2.

Слабые поперечные гармонические возмущения рассеивающей поверхности, длина волны которых гораздо больше расстояния между соседними порядками в спектре дифракционной решетки, вызывают колебательное движение системы интерференционных полос относительно штрихов решетки. Указанное явление приводит к модуляции светового потока, отраженного решеткой 2 в сторону объектива б, который формирует изображение решетки в плоскости диафрагмы 7, расположенной в непосредственной близости от светофильтра 8 и фото5

Зо

50 приемййка 9. Фотоприемник 9 осуществля. ет преобразование изменений светового потока в эквивалентные изменения фототока.

Дифракционная решетка 2 приводится с помощью вибратора 3 в колебательное дви>кение, частота и амплитуда которого известна. При этом выходной сигнал фотоприемника для предлагаемого устройства имеет вид

U (t) = С (— cos Qt + — cos в,t, (1)

, Х л где С вЂ” неизвестная заранее постоянная, зависящая от характера объекта и качества настройки устройства; а — амплитуда относительного поперечного смещения точек исследуемой поверхности, соответствующих координатам 0-ro и 1-го порядка в спектре решетки; Х вЂ” длина волны излучения источника; Ь вЂ” амплитуда колебаний решетки; Л вЂ” период решетки; Я вЂ” частота колебаний объекта; оо — частота колебаний решетки.

Приведенная формула справедлива при колебаниях объекта и решетки с малыми амплитудами ((1, ((1.

Если эти условия не выполнены, сигнал

U(t) (1) выражается через функции Бесселя. Выделив обычными радиотехническими средствами сигналы частотой Й и о>о и измерив их амплитуды, можно исключить неизвестную постоянную С, что позволяет производить абсолютные измерения величины а. Пусть отношение амплитуд гармонических составляющих на частоте сигнала о и на частоте со равно А. Тогда

i.b а=А

Таким образом, выполнение решетки с чередующимися отражающими и пропускающими штрихами в сочетании с вибратором в устройстве обеспечивает повышение точности измерения вибраций.

Формула изобретения

Устройство для измерения вибраций, содержащее последовательно установленные монохроматический источник излучения и объектив, последовательно установленные диафрагму, светофильтр, фотоприемник и регистрирующую систему, второй объектив и решетку, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено вибратором, жестко соединенным с решеткой, выполненной с чередующимися отражающими и пропускающими штрихами, и установленный между источником излучения и первым объективом отражающим покрытием к объективу, а второй объ811072

Составитель В. Рыкова

Техред И. Заболотиова

Корректоры: В. Нам и А. Галахова

Редактор Т. Зубкова

Заказ 357/10 Изд. № 189 Тираж 661 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

5 ектив размещен в ходе отраженного от решетки излучения перед диафра1 Мой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Apyffed, optfcs, vol, 16, М 7, р. 18491856, 1977.

2. «Оптика и спектроскопия», том 46, нып. 3, с. 586 †5, 1979 (прототип).