Анализатор виброакустических сигналов

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности анализа за счет уменьшения погрешностей, связанных с нестабильностью мощности источника излучения и температурного дрейфа элементов анализатора, расширения полосы пропускания частот исследуемого сигнала и обеспечения возможности калибровки. Анализатор виброакустических сигналов содержит оптически связанные источник 1 когерентного излучения, светоделитель 2, коллиматор 3, акустооптический модуляр 4, фурье-объектив 5, масштабирующий объектив 6 и первый фотоприемник 7, регистрирующий лишь дифференционные максимумы, характеризующие амплитудно-частотный спектр виброакустического сигнала. Влияние временной нестабильности мощности излучения лазера компенсируется цепочкой, состоящей из второго фотоприемника 9, стабилизатора 10 напряжения и генератора 11 развертки. Коррекция температурного дрейфа осуществляется с помощью блока 17 предустановки кода, генератора 11 развертки и термостабилизирующего блока 8, механически связанного с первым фотоприемником 7. Калибровка анализатора и расширение полосы пропускания частот исследуемого сигнала осуществляется с помощью генератора 18 калибровочных сигналов и последовательно соединенных датчика 20 виброакустической эмиссии и первого предварительного усилителя 21, а также с помощью общей цепи, состоящей из коммутатора 19, генератора 22 опорного напряжения, балансного модулятора 23, аппроксимирующего модулятора 24, второго предварительного усилителя 25 и усилителя 26 мощности, сигнал с выхода которого управляет пьезопреобразователем акустооптического модулятора 4. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 С 01 H 1f/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4494254/24-28 (22) 17.10.88 (46) 30.08.90, Бюл. № 32 (71) Киевский политехнический институт м. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Т.Р.Клочко, В.Л.Остафьев, В.И.Скицюк и Г.С.Тымчнк (53) 531.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 860009, кл, С 05 В 19!39, 1980.

„„ЯО„„1589069 А 1

2 (5 ) ЛНЛЛИЗЛТОР ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ

СИГ!1Л. !О В (57) Изобретение относится к измерительной технике. !(елью изобретения является повышение точности анализа за счете уменьшения погрешностей, связанпых с нестабильностью мощности исто-шика излучения и тепературного дрейфа элементов анализатора, расширения полосы пропускания частот исследуемого сигнала и обеспечения воз!

589069 можности калибровки. Анализатор виброакустических сигналов содержит оптически связанные источник 1 когерентного излучения, светоделитель 2, коллиматор 3, акустооптический модулятор 4, фурье-объектив 5, масштабирующий объектив 6 и первый фотоприемник 7, регистрирующий лишь дифференционные максимумы характеризуюУ 10 щие амплитудно-частотный спектр виброакустического сигнала. Влияние временной нестабильности мощности излучения лазера 1 компенсируется цепочкой, состоящей из второго фотоприем15 ,ника 9, стабилизатора t0 напряжения и генератора 11 развертки. Коррекция температурного дрейфа осуществляется с помощью блока 17 предустановки кода, генератора 11 развертки

Изобретение относится к измери- 25 тельной технике и может быть использовано для анализа спектра виброакустических сигналов.

Целью изобретения является повышение точности анализа за счет умень- 30 шения погрешностей, связанных с нестабильностью мощности источника излучения и температурного дрейфа элементов анализатора,, расширения полосы пропускания частот исследуе- 35 мого сигнала и обеспечение возможности калибровки.

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого анализатора; на фиг.2 блок-схема термостабилизирующего бло- щ ка.

Анализатор виброакустических сигналов содержит оптически связанные источник 1 когерентного излучения, светоделительный элемент 2, колли- 45 мармор 3, акустооптический модулятор (АОК 4), фурье-объектив 5, масштабируюций объектив 6 и первьп фотоприемный блок 7, термостабилизирующий блок 8, последовательно соеди50 ненные второй фотоприемный блок .9, оптически связанньп со светоделительным элементом 2, стабилизатор 10 напряжения, генератор 11 развертки и индикатор 12 аналоговых сигналов, 55 последовательно соединенные буферньп .усилитель 13, вход которого соединен с выходом первого фотоприемного блока 7, первый аналого-цифровой преоби термостабилизирующего блока 8, механически связанного с первым фотоприемником 7. Калибровка анализатора и расширение полосы пропускания частот исследуемого сигнала осуществляется с помощью генератора 18 калибровочных сигналов и последовательно соединенных датчика 20 виброакустической эмиссии и первого предварительного усилителя 21, а также с по-. мощью общей цепи, состоящей из коммутатора 19, генератора 22 опорного напряжения, балансного модулятора 23, аппроксимирующего модулятора 24, второго предварительного усилителя 25 и усилителя "6 мощности, сигнал с выхода которого управляет пьезопреобразователем акустооптического модулятора 4. 2 ил.

I разователь (АЦП) 14, выход которого соединен с вторым входом индикатора

12 аналоговых сигналов, первьп электронный ключ 15 и второй АЦП 16

У вход которого соединен с вторым входом термостабилизирующего блока 8, блок 17 предустановки кода, выход которого соединен с вторым входом первого э,пектронного ключа 15, r оследовательно соединенные генератор 18 калибровочных сигналов, вход которого соединен с вторым входом первого

АЦП 14 и вторым выходом генератора

11 развертки и коммутатора 19, тре- . тий вход которого соединен с третьим выходом генератора 11 развертки и первым входом термостабилизирующего блока 8, последовательно соединенные датчик 20 виброакустической эмиссии и первьпю предварительньп усилитель

21, выход которого соединен с вторым входом модулятора 19, генератор 22 опорного напряжения, последовательно соединенные балансный модулятор 23

У первый вход которого соединен с выходом коммутатора 19, второй вход соединен с выходом генератора 22 опорного напряжения, аппроксимирующий блок 24, второй предварительньп( усилитель 25 и первьп усилитель 26 мощности, выход которого соединен с электрическим входом ЛОМ 4. Термостабилизирующий блок 8 (фиг.2) вы,полнен в виде второго электронного

| .ключа 27, первого и второго блоков

5 15890

28 и 29 выборки и хранения, формирователя 30 циклов, последовательно соединенных сумматора 31, перньп", и второй входы которого с.оединены сс>ответственно с выходами первого и второго

5 блоков 28 и 29 выборки и хранения, второго усилителя 32 мощности и термаднигателя 33, механически соединенного с первым фотоприемным блоком 7, первый вход второго электронного клю ча 27 соединен с входом формирователя 30 циклов и является первым входам термостабилизирующего блока 8, второй вход второго электронного ключа 27 является вторым входом термостабилизируюцего блока .8, первый и второй выходы второго электронного ключа 27 соединены соответственно с первыми входами первого и второго 20 блоков 28 и 29 выборки и храпения, вторые входы которых соединены соответственна с первым и вторым выходами формирователя 30 циклов, Анализатор ниброакустических сигна-. лов работает слующим образам.

Световой поток излучения расщепляется светоделительным элементом 2 на дна пучка, артаганальна направленных друг к другу. Первый пучок коллиматарам 3 расширяют до необходимого диаметра и подают на входное окно

АОИ 4, звукапронад которого в рабочем режиме представляет собой фазоную дифракционную решетку. Параметры решетки соответствуют параметрам исследуемого электрического сигнала виброакустическай эмиссии, поступающего от исследуемой системы через датчик 20 и электронную систему регистрации исследуемого сигнала. В задней

40 факальнай плоскости фурье-объектива

5, расположенного за вьгладным окном дифракцианного АОИ 4, фариируют фурье-образ входного сигнала масштаб

1 45 которого увеличивают объективом 6 для повышения разрешения основных дифракционных экстремумов. Первый фотоприемный блок 7 на основе ПЗСприемника регистрирует лишь дифрак50

IIHc I>>IIûå максимумы, характеризующие амплитудно-частотный спектр ниброакустического сигнала, причем непродифрагиронанший поток ?с> светового излучения отфильтровывают.

Второй световой лучок излучения, расщепленного снетаделительным элементам 2, поступает на чувствительную площадку второго фотоприемного бла69

KB 9, PM a;»IIO> HEI»PI» eHHe KOTuPOl O поступает на вход стабилизатора 10 напряжения, а выходной сигнал последнего вносит коррекцию уровня напряжения генератора 11 развертки. Если уровень выходного сиги .ла фотоприемного блока 9 возрастает на некоторую величину, стабилизатор 10 напряжения уменьшает на такую же величину напряжение на выходе генератора 11 развертки для поддержания стабильной характеристики фотоприемного блока 7. Таким образом, влияние временной нестабильности мощности излучения на изменение общего уровня регистрируемого сигнала на выходе оптической системы анализатора исключено.

Выходной видеосигнал ПЗС вЂ” приемника через буферный усилитель 13 поступает на вход первого АЦП 14, где преобразуется в цифровой код.

Первый фатаприемньп» блок 7 механически сопряжен с термостабилизирующим блоком 8, на вь>ходы которого поступают сигналы от генератора 11 развертки и от кодового выхода первого ключа 15, на который поступает сигнал ат блока 17 предустановки кода.

»>та-. сигнал второй АЦП 16 преобразует и цифровой код, а затем подают на цифровой выход системы для сопряже-.: ния ее с вычислительным устройством обработки сигнала. Вторым выходом системы для сопряжения с вычислительным устройствам является кодовы»» выход блока 17 предустановки кода. Па входе термостабилизирующего блока 8 установлен второй ключ 27, который осуществляет переключение блоков 28 и 29 выборки и хранения сигналов с блока 17 предустановки кода. Выходные сигналы блоков 28 и 29 суммируют сумматором 31 и усиливают по мощности усилителем 32. Циклы записьстирание сигналов осуществляет формирователь 30. Термодвигатель 33 на котарьп» поступает сигнал от второго ус»»л»»теля 32 мощности, сопряжен механически с ПЗС -приемником. Таким образом, коррекцию положения чувст вительных элементов ПЗС-приемника осуществляют по температурному дрейфу системы.

Сигнал вибраакустической эмиссии регистрируют датчиком 20, установленным на исследуемом объекте. Выходной сигнал датчика 20 через пер1589069 ный предварительный силитель ?1 по- ступает на вход коммутатора 29. Коммутатор 19 осуществляет переключение исследуемого сигнала,и сигнала, поступающего от генератора 18 калибровочных сиг5 палов,что необходимо дпя повьппения гочности работы анализатор спектра.

Каггибровочньпг сигнал имеет постояннЪю частоту г„ „которую регистрирует перьый фотоприемный блок 7 н виде дифракционнаго максимума. Кроме того, на коммутатор 19 подают сигнал от ген .ратора 11 развертки, соединенного с термостабилизирующим блоком 8 для коррекции положения ПЗС-приемника относительно плоскости регистрируемого изображения.

Льгходной сигнал коммутатора 19 по- д ступает на балансньп модулятор 23, на ко орый подают опорный высокочастотный гармонический сигнал от генератора 22 опорного напряжения. Спектр балансно-мадулиронанного сигнала на 25 выходе модулятора 23 содержит спек— тральные компоненты на частотах й,. т ; исследуемого сигнала виброакустической эмиссии, сдвинутых вверх на частоту Г„ опорного сигнала, спектральная ЗО ко,",понента по частоте Й<> подавлена.

Аппроксимирующий блок 24, на которьп" постугает балансно-модулированное колебание„ выравнивает характеристику системы регистрации исследуемого 3 сигнала с тем, чтобы регистрировать высокочастотную область сигнала с достаточным ко-ффициентом усиления по напряжению. Это обусловлено тем„ чта при регистрации сигналов виброакусти- ро ческой эмиссии, напримср, В процессе обработки деталей резанием, с ростом частоты наблюдается снижение уроння амплитудь спектральных компонентов..

Аппроксисимированньгй сигнал усиливают по напряженгпа вторым предварительным усилителем 25 для получения более высокого коэффициента усиления мощности, что необходимо для управле" ния пьезопреабразователем АОМ 4, Пер- о ный усилитель 2б мощности формирует балансно-модулированный сигнал, который поступает на сферически вогнутьп пьезопреобразователь АОМ 4, причем один электрод его секционирован. Сфе S рически вогнутая поверхность пьезопреобразователя поз:валяет корректировать амплитудно-частотную характеристику пьезоэлектрического преобразователя в сторону расширения полосы пропускания частот, Секциовирование электрода, сопряженного с звукопроводам АОМ 4, также осуществляет расширение полось пропускания пьезопреобразователя, что необходимо для более точного анализа спектра исследуемых ниброакустических сигналов. формула изобретения

Анализатор нибро кустических сигналов, содержащий оптически связанные источник когерентного оптичесicого из. :учения., светоделHòåëüíûé элемент. ко.:гиматор, акустооптический модулятор, фурье-объектив и первый фотоприемный,блок, датчик виброакустической .. миссии и усилитель

У выход которого соединен с электрическим входом акус тооптического модулятора,отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа„. он снабжен масытабирующим объективам, расположенным между фурьеобъективом и первым фотоприемным блоком термостабилизирующим блоком, последовательно соединенными вторым фотоприемным блокам, оптически связанным со снетоделительным элементом, стабилизатором напряжения, генератором развертки и индикатором аналоговых сигналон, последовательна соедин енньп |и буферным усилителем, вход которого соединен с входом первого фотоприемного блока, первым аналогоцифровым преобразователем„ выход которого соединен с вторым входом индикатора аналоговых сигналов, первым электронным ключом и вторым аналогоцифровым преобразователем, блоком пред стзновки кода ВыхОд KQTQp010 соединен с вторым Входом первого электронного ключа, последовательно соединенными генератором калибровочных сигналов, вход которого соединен с вторым входом первого аналого-цифровога преобразователя и вторым выходом генератора развертки, коммутатором, балансным модулятором и аппроксимирующим блоком, вьгход которого соединен с входом усилителя, первым предварительным усилителем, вход которого соединен с выходом датчи:-.а нибраакустической эмиссии„ выход — соединен с вторым входом коммутатора, третий вход которого соединен с третьим ньгходеи генератора развертки и

10 l589069

Составитель С.Конюхов

Редактор Т.Парфенова Техред П.Сердюкова Корректор М. Пожо

Заказ 2531 Тираж 419 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 первым входом термостабилизирующего блока, генератором опорного напряжения, выход которого соединен с вторым входом балансного модулятора четверУ

S тый выход генератора развертки соединен с электрическим входом первого фотоприемного блока и третьим входом первого электронного ключа, выход которого соединен с вторым входом термостабилизпрующего блока, усили-. тель выполнен в виде последовательно соединенных второго предварительного усилителя и первого усилителя мощности, термостабилизирующий блок выполнен в виде электронного ключа, первого и второго блоков выборки и хранения, формирователя циклов, последовательно соединенных сумматора, второго усилителя мощности и термодвигателя, механически соединенного с первым фотоприемным блоком, первьп вход второго электронного ключа соединен с входом формирователя циклов и является первым входом термостабилизируюцего блока, второй вход второго электронного ключа является вторым входом термостабилизирующего блока, первый и второй выходы второго электронного ключа соединены соответственно с первыми входами первого и второго блоков выборки и хранения, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выхо- дами формирователя ц пслов, а выходы— соответственно с первым и вторым вхо-, дами сумматора..