Способ измерения амплитуды колебаний

 

Изобретение относится к области измерительной техники. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет исключения зависимости результатов измерения от начальной раз-, ности хода лучей интерферометра.Сущность способа заключается в формировании сигнала, амплитуда которого не зависит от начальной разности хода интерферирующих лучей. На выходе интерферометра формируется интерференционная картина, которая модулируется частотой колебаний исследуемого процесса . Полученный оптический сигнал преобразуется в электрический, из которого выделяются два гармонических колебания частоты Ксо и (К+2)О где К 1,2,3.,..to - частота колебаний обьекта. Путем аналогового деления выделенных сигналов формируется сигнал, амплитуда которого не зависит от начальной разности хода интерферирующих лучей. Искомую амплитуду колебания определяют по формуле Lj ( ) Lp, где и - текущее ® значение сигнала. UM«H - минимальное табличное значение сигнала, соответствующее нулевому значению функции Бесселя, L - амплитуда перемещения соответствующая U мин 2 ил. Э5 СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (5!)4 G01 В 21 0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

1,i ex p," s

3 ".ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ !3.

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3964442/24-28 (22) 17.10.85 (46) 15.05.87. Бюл. У 18 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производ- ством Минского радиотехнического института (72) А.Н.Мотуз, А.К.Полонин, А.И. Копоть и Н.И.Сиваков (53) 53 1.7(088.8) (56) Приборы и системы для измерения, вибрации, шума и удара. Справочник под ред. В.В. Клюева. Кн. 2, М., 1978, стр. 9-10. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЯ (57) Изобретение относится к области измерительной техники. Цель изобретения — повышение точности измерений за счет исключения зависимости результатов измерения от начальной раз-. . ности хода лучей интерферометра.Сущность способа заключается в формированин сигнала, амплитуда которого не зависит от начальной разности хода интерферирующих лучей. На выходе интерферометра формируется интерференционная картина, которая модулируется частотой колебаний исследуемого процесса. Полученный оптический сигнал преобразуется в электрический, из которого выделяются два гармонических колебания частоты КИ и (K+2pQ где К = 1,2,3..., g — частота колебаний объекта. Путем аналогового деления выделенных сигналов формируется сигнал, амплитуда которого не зависит от начальной разности хода интерферирующих лучей. Искомую амплитуду колебания определяют по формуле (U„ U „„) L где U< -еку значение сигнала, U. — минимальное табличное значение сигнала, соответствующее нулевому значению функции Бесселя, L — амплитуда перемещения соответствующая U „„ . 2 ил.

1310634 зовано для измерения малых амплитуд колебательных процессов.

Цель изобретения — повышение точ- 5 ности измерений за счет исключения зависимости результата измерения от начальной разности хода лучей интерферометра.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего способ, на фиг. 2 — график зависимости I,/I от амплитуды перемещения.

Предлагаемый способ осуществляется устройством, которое содержит лазерный интерферометр 1, измерительное плечо которого связано с объектом измерения, фотоприемник 2, оптически связанный с интерферометром 1, первый узкополосный фильтр 3, предназначенный для выделения сигнала частоты . K Q где К = 1,2,3...,Я вЂ” частота колебания объекта, второй узкополосный фильтр 4, предназначенный для вы1

g(t) = К I(t) = К А+В cos -- (b +L cos g t), (1) о

9, - длина волны источника света.

Равенство к виду преобразуют

41(4((L

g(t) = K À + КВ(соз у5 cos(35 icos ИС) — sin — — — sin (— ° cos И t).(2)

3 9

Это преобразование привсдит к

Бесселевым функциям:

l коэффициент, определяющийся чувствительностью фотоприемника и КПД преобразователя, постоянные, начальное значение разности хода лучей интерферометра, амплитуда перемещения круговая частота колебаний, где К

АиВ о

4 и Ь 47i L, 47iL МL сов (— — —.cos Qt)= I (— - ) — 2I (— -)cos 2<а t+2I (- — ) cps4gt —, 3 о 9 2 Я 4 7

Cr (3) 47Ь 4 L 4иЬ ФЕ.

sin (— — cos gt) = 2I (- — cosy t ° 2I (---) cos3gt + 2I (- — ) соз 5сдс ф 1 rh 5

45 I нала фотопреобразователя.

Постановкой (3) в (2) получают ряд частотных с ос тавляющих с иг

47 5 4Я

U(t) = КА+КВ cos — б (I (--о

4 » Ь 4 о

+ 2I (---) cos4 Q t-. sin ф

2I () cos 2Qt+

4М.

2 с 4

2Е (---) cos 63 t ф

cos 5(д с

4М, 4Ж.

2I (— -) cos 3 (lt + 2Š(- — ) 3 h

5 (4) Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь!

На выходе первого узкополосного фильтра 3 формируется только электриделения сигнала частоты (K+?)ц, входы первого и второго узкополосных фильтров 3,4 связаны с выходом фотоприемника 2, аналоговый делитель 5, входы которого связаны с первым и вторым узкополосным фильтром 3 и 4, регистратор 6, вход которого связан с выходом аналогового делителя 5.

Способ осуществляют слецующей последовательностью операций.

Вибратор, являющийся объектом измерения, приводится в колебания, частоту которых задают генератором.

Объектное зеркало интерферометра 1 связывается с вибратором. На выходе интерферометра 1 формируется интерференционная картина, оптическая разность хода которой модулируется с частотой колебаний объекта.

Фотоприемник 2 преобразует оптический сигнал з электрический, на выходе фотоприемника 2 формируется напряжение, пропорциональное интенсивности света: ческий сигнал с частотой И . Из (4) получаем эту компоненту с амплитудой

3 13

4 4лЕ

U Я = К Б sin (--- -) ° 2I (---)

3 i h

4 о 47Е

=КВ sin(— "--) 2I (— "-)

3 h 3 h

"(йЕ. где Е (— -) Ъ вЂ” функция Бесселя третьего порядка.

Аналоговый делитель 5 формирует сигнал с амплитудой

My I((4 й?.)

1 и Iy (4<нЕ /9

Так как оба сигнала с частотой Ы и Э 41 связаны с одним членом

4М(sin(----) то после аналогового деТ лителя 5 имеют сигнал с амплитудой, независящей от изменений начальной разности хода лучей интерферометра б, что повышает точность измерений.

Таким образом, для определения промежуточных значений амплитуды не требуется устанавливать промежуточ.ные значения между нулевыми положе4Я. киями функции I,(†-), так как, исходя из хода функции (фиг. 2) Е =Е (4"Е)/Е (4Ь)

3 видно, что при увеличении амплитуды рост функции Е, настолько линеен, что измерение амплитуды путем регистрации нулевых значений функции

4Я где I,(†-) — функция Бесселя перво1 го рода;

KBsin(----) — постоянная измеритель4Т о ной установки при неизменной разности хода лучей 3

Аналогично на выходе второго узкополосного фильтра 4, настроенного на частоту 3 я, формируется электрический сигнал с частотой 3 и и амплитудой

1С634 4

Е внолне достаточно для определения коэффициента передачи, т.е. определив значение амплитуды (J. ), соответствующее минимальному значению сигнала (U „„) с выхода аналогового делителя 5 (исходя из таблицы

4 L нулевых значений функции I (---) ф Я определяют промежуточные значения

fQ Ux амплитуды из выражения g

Ю И а мин где U — текущее значение сигнала с выхода аналогового делителя.

Таким образом, данный способ позволяет измерить неизвестную амплитуду колебаний, величина которой устанавливается не на основе максимальных и нулевых значений функции Бесселя первого ряда, и в процессе изме рений не требуется стабилизации начальной разности хода между интерферирующиМи пучками, что упрощает процесс измерений и повышает точНОСТЬе формула изобретения

Способ измерения амплитуды колебаний, заключающийся в том, что формируют интерференционную картину, оптическая разность хода которои модулируется с частотой колебаний объекта, преобразуют оптический сигнал в электрический„ из полученного сигнала выделяют гармонический сигнал, частота которого равна Кц, где Я частота колебания объекта, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, дополнительно выделяют гармонический сигнал, частота которого равна (K+2)g, где K = 1,2,3..., формируют сигнал, амплитуда которого равна отчошению амплитуд сигналов частот К cD u (К+2) g соответственно> регистрируют полученный сигнал и по известной saвисимости определяют искомый параметр.

1310634

V f/8

Составитель О. Несова

Редактор Л. Повхан Техред А.Кравчук Корректор М. Пожо

Заказ 1879/36 Тираж 678 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4