Устройство для контроля параметров вибраций одномерных тел

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля параметров вибраций одномерных тел, в частности для измерения колебаний струн, световодов и т.п. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности за счет увеличения помехоустойчивости. Две пары встречно ориентированных изображений 24 диафрагм 5 и 6 формируются объективами 8 и 9 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в области колебаний одномерного тела 23. Диафрагмы 5 и 6 освещаются источниками 1 и 2 света, запитываемыми соответственно двумя противофазными сигналами с помощью генератора 20 синусоидальных сигналов и блока 21 сдвига фазы на φ. Фотоприемники 14 и 15 преобразуют световой сигнал в электрический, после чего сигнал поступает на полосовые усилители 16 и 17, настроенные на частоту модуляции освещения, и на детекторы 18 и 19, которые выделяют амплитуду сигнала, прямо пропорциональную величине смещения измеряемого тела. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ К

РЕСПУБЛИК (51) 5 С 01 В 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А8TQPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (61) 1241061 (21) 4354351/24-28 (22) 08. 12.87 (46) 23.03.901 Бюл. r- 11 (71) Научно-исследовательский институт механики при Горьковском государственном университете им. Н.И.Лобачевского (72) А.И. Весницкий, С.А. Башарин, Н.Д. Романов, А.И. Потапов, А.В ° шишарин и Н.Ф. Услугин (53) 53 1. 717 .53 (088 .8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1241061, кл. G 01 В 11/00, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАИЕТРОВ -ВИБРАЦИЙ ОДНОИЕРНЫХ ТЕЛ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля параметров вибраций одномерных тел, в частности для измерения колебаний струн,.свето1,.SU„„155 l 986 А 2

2 водов и т.п. Цель изобретения — повышение точности и чувствительности за счет увеличения помехоустойчивости °

Две пары встречно ориентированных изображений 24 диафрагм 5 и 6 формируются объективами 8 и 9 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в области колебаний одномерного тела

23. Диафрагмы 5 и 6 освещаются источниками 1 и 2 света, запитываемыми соответственно двумя противофазными сигналами с помощью генератора 20 синусоидальных сигналов и блока 21 сдвига фазы на . фотоприемники 14 и

15 преобразуют световой сигнал в электрический, после чего сигнал посту- а пает на полосовые усилители 16 и 17, настроенные на частоту .модуляции освещения, и на детекторы 18 и 19, которые выделяют амплитуду сигнала, прямо пропорциональную величине смещения измеряемого тела. 2 ил .

1551986

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для контроля параметров вибраций одномерных тел, в частности для измерения колебаний струн, световодов и т.п., и является усовершенствованием изобретения по авт,св. Р 124 1061.

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности за счет увеличения помехоустойчивости.

На фиг. 1 представлена оптическая схема устройства; на фиг. 2 - взаиморасположение контролируемого объек- 15 та и изображений двух диафрагм, общий вид, Устройство для контроля параметров вибраций одномерных тел содержит источники 1 и 2 света, конденсоры 3 и

4, диафрагмы 5 и 6 с отверстием тре1 угольной формы, светоделитель 7, объективы 8 и 9, зеркала 10 и 11, приемные объективы 12 и 13, фотоприемники 14 и 15, полосовые усилите- 25 ли 16 и 17, синхронные детекторы 18 и 19, генератор 20 синусоидальных сигналов, блок 21 сдвига фазы на л и блок 22 обработки.

Устройство работает следующим образом.

Источники i и 2 света через конденсоры 3 и 4 равномерно освещают диафрагмы 5 и 6 с отверстием треуголь.ной формы. Две пары изображений диафрагм 5 и 6 формируются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в области колебаний одномерного тела

23 с помощью объективов 8 и 9, светоделителя 7 и зеркал 10 и 11. Изоб- 40 ражения 24 диафрагм 5 и 6 в каждой паре повернуты навстречу друг другу (фиг. 2).

Пусть толщина одномерного тела

d, а треугольная диафрагма имеет вы- 45 соту h и основание 1.

При удалении тела от основания первой диафрагмы на величину х площаци, перекрываемые телом в окнах первой и второй диафрагм, соответ- 50 ственно равны

S (х) - д — (h-х) и

1 h

S (х) = d — х

Тогда световые потоки, прошедшие через эти окна, будут равны ф,. (х, t) = б, (t) (S — S, (х)), (x,é) = E (t) (Б — >>(x)), (2) 1 где S = — 1Ь вЂ” площадь окна свободной

2 диафрагмы;

<, (t), с () — входные освещенности окон.

При освещении диафрагм источниками 1 и 2 "вета, модулнруемыми противофазными напряжениями или токами циклической частоты (д, освещенности

Е,() и g<(t) с учетом только первой гармоники изменяются по законам

Г„(t) =6 (1 + mcosQt);

Я (t) = Е (! — mcosgt), (3) <Р (х, t) = Е (1+mcoset) (-1h-1d+d-х), 1 1 ф (х, t) = Е (1-mcosu t) (-1h-d-х). (4).

1 1

2 h

На каждый из фотоприемников 14 и

15 приемными объективами 12 и бираются световые потоки, прошедшие окна обеих диафрагм. Этот суммарный световой поток вызывает на нагрузке каждого фотоприемника электрический сигнал напряжением

U(x,t) = k(gL (х,t) + Ф (х,t)), (5) где k — коэффициент, объединяющий потери световой энергии в конденсорных линзах и коэффициент преобразования световой поток — напряжение.

Подставляя (4) в выражение (5), получают

U(x,t) = kF1(h-d)+(2kCmd — х)ф

1 cosset — (Итй1) совью, (6) В данном выражении полезным сигналом является второе слагаемое,- представляющее собой гармоническое колебание с амплитудой

А = 2k6md — х.

h где 6 — средняя освещенность;

m — коэффициент модуляции.

Объединяя (1) — (3), получают выражения для световых потоков, прошедших через окна первой и второй диафрагм,.которые равны соответственно

1551986

Через полосовой усилитель практически не приходит ни средний уровень

kE1(h-d), ни его флуктуации, а выходной сигнал равен

Б,(х,t) = 2k,kEmd - xcos(dt

k, Ишс11соэ4)С, (7) где k< — коэффициент усиления полосового усилителя.

Детекторы 18 и.19, установленные на выходе полосовых усилителей 16 и

17, выделяют амплитуду гармонических колебаний, которая равна

А(х) = I 2k,kfmd — х — 1с,йшй11. (8) 1

Два других являются помехами, так как их флуктуации вызывают флуктуации напряжения U(x,t), т.е. приводят к ошибке в определении координат одновременного тела.

С целью повышения точности измере,ния координаты х, т.е. устранения влияния флуктуаций, в первую очередь, флуктуаций среднего уровня kfl(h-a) напряжение U(x,t) подается на вход полосового усилителя 16(17), настроенного на частоту И и имеющего полосу частот пропускания, определяемую временными изменениями координаты.одновременного тела, т.е. спектром функции х{г.).

При этом, однозначное определение координаты тела возможно только в области 0(хс. h/2 или h/2(х (h.

Область однозначности можно удвоить, 5 если применить синхронное детектиро-=. вание, либо к обычному амплитудному детектору добавить фазовый, дающий . информацию о знаке амплитуды, Формула изобретения

Устройство для контроля параметров вибраций одномерных тел по авт. св. Y- 1241061, о тл ич а юще е с я тем, что, с целью повышения точности и чувствитеЛьности, оно снабжено последовательно установленными по ходу излучения вторым источником излучения, вторым конденсором и второй диафрагмой с отверстием тре2р угольной формы, ориентированной противоположно первой диафрагме, и вторым объективом, установленным эа светоделителем по ходу прошедшего излучения второго источника иэлуче25 ния, а также двумя парами последовательно соединенных полосового усилителя и синхронного детектора, включенными между выходами соответствующих фотоприемников и блоком обработки дб генератором синусоидальных сигналов, подключенным к синхрониэирующим входам детекторов и первому источнику излучения, и блоком сдвига фазы на электрически связывающим первый и второй источники излучения.

1 55 198(ъ

Составитель М. Минин

Техред Л. Сердюкова Корректор О. Ципле

Редактор А. Шандор

Заказ 321. Тираж 493 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101