Интерферометрическое устройство для измерения амплитуды механических колебаний

 

Изобретение относится к измерительной технике.Целью изобретения является повышение точности измерений за счет устранения дискретности отсчета нулевых значений выходного сигнала . Интерферометрическое устройство для измерения амплитуды механических колебаний состоит из источника 1 одночастотного когерентного излучения , излучение которого направляется на светоделительный кубик 2 и делится на опорное и измерительное.. Измерительная часть излучения направляется на объект 6, который колеблется под действием генератора 5 электрических колебаний. Опорная часть излучения направляется на референтное зеркало 3, закрепленное на пьезокерамическом элементе 4, который подключен к усилителю 7 с автоматической регулировкой коэффициента с (О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1.Я0 (51) 4 С 01 H 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3996496/24-28 (22) 27,12 ° 85 (46) 28.02.87.Бюл. 11 - 8 (71) Московский институт радиотех— ники, электроники и автоматики (72) В.М.Адрианой, П.В.Коленько, А.M.Ëà÷óãèí, С.М.Макаров и A.Ô.Óëüÿíîâ (53) 531.7 (088.8) (56) Застрогин Ю.Ф. Контроль параметров движения с использованием лазеров. — M.: Машиностроение, 1981,с.бб. (54) ИНТЕРФЕРОЫ:ТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет устранения дискретности отсчета нулевых значений выходного сигнала. Интерферометрическое устройство для измерения амплитуды механических колебаний состоит из источника

1 одночастотного когерентного излучения, излучение которого направляется на светоделительный кубик 2 и делится на опорное и измерительное.

Измерительная часть излучения направляется на объект б, который колеблется под действием генератора 5 электрических колебаний. Опорная часть излучения направляется на референтное зеркало 3, закрепленное на пьезокерамическом элементе 4, который подключен к усилителю 7 с автоматической регулировкой коэффициента

129349 усиления, Импульс с генератора 9 запускающих импульсов включает генератор 8 пилообразного напряжения, который меняет коэффициент усиления усилителя 7, и референтное зеркало 3 колеблется с амплитудой, линейно возрастающей от нуля до максимального значения. Амплитуда сигнала на выходе фотоприемника 10 определяется разностью амплитуд референтного зеркала 3 и исследуемого объекта 6. Узкополосные фильтры 11 и 15 выделяют первую и вторую гармоники интерференционного сигнала, амплитуды которых изменяются в соответствии с функциями Бесселя i-го и 2-го порядка соот8 ветственно. Нулевые значения функций Бесселя 1-го и 2-го порядка совпадают только в момент равенства колебаний контролируемого объекта 6 и референтного зеркала 3. В этот момент импульсы с выхода формирователей !4 и 18 поступают на вход схемы

19 И одновременно и на ее выходе возникает импульс, поступающий на вход измерителя 20 временных интервалов.

Временной интервал, начало которого задается импульсом с генератора 9, а конец — импульсом со схемы 19 И, прямо пропорционален амплитуде колебаний контролируемого обьекта

2 ил.!

20

Изобретение относится к измерительной технике и. может быть использовано для измерения амплитуды механических колебаний.

Цель изобретения — повышение точности измерений за счет устранения дискретности отсчета нулевь|х значений выходного сигнала.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, характеризующие работу основных элементов.

Интерферометрическое устройство для измерения амплитуды механических колебаний состоит из интерферометра Майкельсона, включающего источник 1 одночастотного когерентного излучения, светоделительный кубик ?, референтное зеркало 3, установленное на пьезокерамическом элементе

4 генератора 5 электрических колебаний, связанного с контролируемым объектом 6, усилителя 7 с автоматической регулировкой коэффициента усиления, генератора 8 пилообразно го напряжения, генератора 9 запускающих импульсов, выход которого связан с входом генератора 8, выход которого связан с первым входом усилителя 7, второй вход которого связан с выходом генератора 5, а выход — с пьезокерамическим элементом 4 фотоприемника !О, оптически связанного с интерферометром, последовательно соединенных первого узкополосного фильтра 1, первого усилителяограничителя 12, первого нуль-индикатора 13 и первого формирователя

14, последовательно соединенных второго узкополосного фильтра 15, второго усилителя-ограничителя 16, второго нуль-индикатора 17 и второго формирователя 18, схемы И .19 и измерителя 20 временных интервалов, второй вход которого связан с выходом генератора. 9, первый вход — с выходом схемы И 19, входы которой соединены с выходами формирователей

14,18> Hxopbf узкополосных фильтров

11,15 связаны с выходом фотоприемника 10.

Устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 одночастотного когерентного излучения направ— ляется на светоделительный кубик 2, с помощью которого делится на две части: опорное и измерительное. Измерительная часть излучения направляется на объект 6, который колеблется под действием напряжения, вырабатываемого генератором 5 электрических колебаний. Опорная часть излучения направляется на референтное зеркало 3, закрепленное на пьеэокерамическом элементе 4, который получает питание от усилителя 7 с частотой, задаваемой генератором 5 электрических колебаний, и амплитудой, задаваемой генератором 8 пилообразного

1293498 напряжения, запускаемого генератором 9 запускающих импульсов. Отраженные от контролируемого объекта 6 и референтного зеркала 3 составляющие излучения направляются на фотоприемник 10. Выходной сигнал фотоприемника 10 несет информацию о .параметрах движения контролируемого объекта 6. После выделения первой гармоники выходного сигнала фотоприемника 10 первым узкополосным фильтром ll амплитуда этой гармоники имеет вид!

U = CI (-- — )

4 S

1 E ° где С вЂ” константа, определяемая параметрами интерферометра;

4Я

I< (— — ) — функция Бесселя 1-го

4 8о, порядка аргумента †„, 1 — длина волны источника когерентного излучения;

Б — результирующая амплитуда колебаний, определяемая разностью амплитуд референтного зеркала 3 и поверхности исследуемого объекта 6.

При некоторых значениях аргумента

Бесселевой функции 1-ro порядка

41 Б /7, амплитуда 1-ой гармоники обращается в нуль. Эти моменты регистрируются с помощью первого нульиндикатора 13, на который подается сигнал с первого усилителя-ограничителя 12. Импульсы, свидетельствующие о моменте перехода Бесселевой. функции через нуль, поступают на первый формирователь 14 импульсов.

Сигнал с выхода фотоприемника 10 также поступает на второй узкополосный фильтр 15, настроенный на вторую гармонику измеряемых колебаний. Амплитуда этой гармоники имеет вид

30

40

U = CI (-- — о)

4иБо г л

4Я где 1 (- — — ) — функция Бесселя 2-го

«4 о порядка аргумента.С помощью измерительной цепи,состоящей из второго узкополосного

55 фильтра 15, второго усилителя-ограничителя 16, второго нуль-индикатора 17 и второго формирователя 18 импульсов ф(рмируют< я импульсы, соответствующие моментам перехода Бесселевой функции 2-го порядка через нуль.

B начальный момент времени контролируемый объект колеблется под действием напряжения генератора 5 электрических колебаний. С приходом запускающего импульса (фиг.2а) с генератора 9 запускающих импульсов включается генератор 8 пилообразного напряжения (фиг,2б), который изменяет коэффициент усиления усилителя 7, При этом начинает колебаться референтное зеркало 3, закрепленное на пьезокерамическом элементе 4 с амплитудой, линейно возрастающей от нуля до максимального значения. Мгновенная оптическая разность хода в интерферометре при этом равна разности амплитуд колебаний контролируемого объекта 6 и референтного зеркала 3. Амплитуды первой и второй гармоник интерференционного сигнала, выделенные фильтрами 11 и 15, изменяются в соответствии с функциями

Бесселя 1-ro (фиг.2в) и 2-го (фиг..

2г) порядка соответственно. На выходе первого формирователя 14 импульсов возникают импульсы, соответствующие моментам перехода фуикции

Бесселя 1-го порядка через нуль (фиг.2д), а на выходе второго формирователя 18 импульсов возникают импульсы, соответствующие моментам перехода функции Бесселя 2-ro порядка через нуль (фиг.2е). Нулевые значения функций Бесселя 1-ro и 2-ro порядка совпадают только в момент равенства колебаний контролируемого объекта 6 и референтного зеркала 3.

В этот момент импульсы с выхода формирователей 14 и 18 поступают на вход схемы И 19 одновременно и на ее выходе возникает импульс, поступающий на вход измерителя 20 временных интервалов (фиг.2ж). Измеритель

20 временных интервалов включается импульсом от генератора 9 запускающих импульсов, а конец временного интервала задает импульс с выхода схемы И 19 (фиг.2ж). Временной интервал (с„ фиг.2ж) прямо пропорционален амплитуде колебаний контролируемого объекта. Таким образом достигается непрерывное измерение амплитуды колебаний в широком диапа- зоне значений, который оrpаничивает1293498

Составитель С . Конюхов

Техред М.Ходанич Корректор Л.Пилипенко

Редактор М.Товтин

Заказ 372/42

Тираж 500 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.11роекrная, 4 ся только максимально возможной амплитудой колебаний референтного зеркала, Ф о р м у л а и з о 6 р е т е н и я

Интерферометрическое устройство для измерения амплитуды механических колебаний, содержащее интерферометр

Майкельсона, в опорном плече которого на пьезокерамическом элементе установлено референтное зеркало, фото— приемник, оптически связанный с ин— терферометром, последовательно соединенные узкополосный фильтр, усилитель-ограничитель, первый нуль-индикатор и формирователь импульсов, выход фотоприемника связан с входом узкополосного фильтра, и генератор электрических колебаний„ соединенный с контролируемым объектом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено последовательно соединенными вторым узкополосным фильтром, вторым усилителем-ограничителем, BTQ рым нуль-индикатором и вторым формирователем, схемой И, измерителем временных интервалов, генератором запускающих импульсов, генератором пилообразного напряжения и усилителем с автоматической регулировкой коэффициента усиления, вход второго узкополосного фильтра связан с выхо10 дом фотоприемника, выходы формирователей импульсов подключены к входам схемы И, выход которой связан с первым входом измерителя временных интервалов, второй вход которого свя15 зан с выходом генератора запускающих импульсов, выход которого связан с входом генератора пилообразного напряжения, выход которого связан с первым входом усилителя с автома20 тической регулировкой коэффициента усиления, второй вход которого связан с выходом генератора электрических колебаний, а выход под ключен к пьезокерамическому 3JIeменту.