Устройство для измерения фазочастотных характеристик механических колебаний

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений фазочастотных характеристик механических колебаний. Целью изобретения является расширение динамического диапазона измерений. Контроль механических колебаний вибратора 2 производится интерферометром 4. С выхода фотопреобразователя 5 сигнал поступает на вход дифференциатора 6, затем из выпрямленных сигналов вибратора 2 и генератора 1 частоты f узкополосными фильтрами 9 и 10 выделяются сигналы частоты 2f, которые анализируются фазометром 12. В результате фильтрации выделяется синусоидальный сигнал двойной частоты, жестко привязанный по фазе к механическим колебаниям, но с большой амплитудой/что позволяет производить измерения на больших амплитудах механических колебаний. 2 ил. чи Ј Ч ГО Ј .&. v4

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5()5 G 01 Н 17/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К)

В ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4746091/28 (22) 03.10.89 (46) 23.03.92. Бюл. М 11 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт метрологической службы (72) B.Р.Соловейчик (53) 620.178 (088.8) (56) Бараш В.Я. и др, Метод определения фазочастотных характеристик контактных профилометров системы. — М.; Измерительная техника, 1970, N 11, с.31 — 33. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ . (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений фазочастотных характеристик

„„5U „„1721447 А1 механических колебаний. Целью изобретения является расширение динамического диапазона измерений,. Контроль механических колебаний вибратора 2 производится интерферометром 4. С выхода фотопреобразователя 5 сигнал поступает на вход дифференциатора 6, затем из выпрямленных сигналов вибратора 2 и генератора 1,частоты f узкополосными фильтрами 9 и 10 выделяются сигналы частоты 2f, которые анализируются фазометром 12. В результате фильтрации выделяется синусоидальный сигнал двойной частоты, жестко привязанный по фазе к механическим колебаниям, но с большой амплитудой, что позволяет производить измерения на больших амплитудах механических колебаний. 2 ил.

1721447

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений фаэочастотных характеристик механических колебаний.

Известно устройство для измерения фаэочастотных характеристик механических колебаний, содержащее источник излучения, вибратор, генератор, подключенный к вибратору, фазометр, интерференционную схему.

Недостатком данного устройства является большое количество оборудования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения фазочастотных характеристик механических колебаний, содержащее генератор, вибратор, источник монохроматического света, интерферометр типа Майкельсона, фотопреобразователь, узкополосный фильтр, фазометр, причем выход генератора соединен с вибратором, излучение источника монохроматического света направлено в интерферометр типа

Майкельсона, где оптическая разность хода света промодулирована вибратором, а движущаяся интерференционная картина направлена на фотопреобраэователь, выход которого через узкополосный фильтр, настроенный на частоту генератора. соединен с первым входом фаэометра, на второй вход

«оторого подано опорное напряжение.

Недостатком этого устройства является ограниченный динамический диапазон.

Так, амплитуда первой гармоники сигнала на выходе фотопреобразователя определяется выражением

01 = Ов1Соэ (-у- до) 11 (-у- А), 2л 4л где Um> — постоянная, А- длина волны излучения монохроматического источника света; до- начальная оптическая разность хода света в интерферометре;

ll(x) — функция Бесселя 1-го рода 1-го порядка от аргумента Х;

А-амплитуда механических колебаний. .В связи с тем, что с ростом аргумента функция Бесселя быстро убывает, при амплитудах механических колебаний, удовлетворяющих условию А > (5-10) il, амплитуда первой гармоники становится сравнимой с уровнем шумов, что делает невозможным использование этого устройства при таких амплитудах механических колебаний, Цель . изобретения — расширение динамического диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения фазочастотных частота генератора 1, инвертирующего уси55 лителя 11 и фазометра 12, причем выход генератора 1 соединен с вибратором 2, излучение источника 3 монохроматического света направлено в интерферометр 4 типа

Майкельсона, где оптическая разность хода све л промодулирована вибратором 2, а

50 характеристик механических колебаний, содержащее генератор, вибратор, источник монохроматического света, интерферометр типа Майкельсона, фотопреобраэователь, узкополосный фильтр, причем выход генератора соединен с вибратором, излучение источника монохроматическо-.о света направлено в интерферометр типа Майкельсона, где оптическая разность хода света промодулирована вибратором, а движущаяся интерференционная картина направлена на фотопреобразователь, выход которого через узкополосный фильтр соединен с первым входом фазометра, введены дифференцирующий усилитель, первый и второй двухполупериодные выпрямители, дополнительный узкополосный фильтр, инвертирующий усилитель, причем оба узкополосных фильтра настроены на частоту вдвое большую, чем частота генератора, дифференцирующий усилитель и первый двухполупериодный выпрямитель включены между фотопреобразователем и основным узкополосным фильтром так, что выход фотоп реобразователя соединен с входом дифференцирующего усилителя, выход которого соединен через первый двухполупериодный выпрямитель с входом основного узкополосного фильтра, а второй двухполупериодный выпрямитель, дополнительный узкополосный фильтр и инвертирующий усилитель включены между генератором и вторым входом фазометра так, что вход генератора соединен с входом двухполупериодного выпрямителя,. выход которого соединен с входом дополнительного узкополосного фильтра, выход которого через инвертирующий усилитель соединен с вторым входом фаэометра, На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройства для измерения фазочастотных характеристик механических колебаний состоит из генератора 1, вибратора 2, источника 3 монохроматического света, интерферометра 4 типа Майкельсона, фотопреобразователя 5, дифференцирующего усилителя 6, первого 7 и второго 8 двухполупериодных выпрямителей. основного 9 и дополнительного 10 узкополосных фильтров,настроенных на частоту вдвое большую, чем

1721447

Если напряжение на )ыхо(ь» генератора

1 описывается выражен. ем (ф." г. 2д) движущаяся интерференционная картина где (р- измеряемый сдвиг фаз, то на выходе направлена на фотопреобразователь 5, вы- второго двухполупериодного выпрямителя ход которого соединен с червь.м входом фа- 8 напряжение имеет вид (фиг. 2е) эометра 12 через дифференцирующий 5 Uez=U а Icos(cut+@)I. усилитель 6, первый двухпо)упериодный Вторая гармоника этого напряжения, выпрямитель 7 и основ ой узкополосный выделяемая дополнительным узкополосфильтр 9, а выход генератора 1 соединен с ным фильтром 10, определяется выраженивторым входом фазометра 12 через второй ем

0 двухполупериодный выпрямитель 8, допол- 10 Оф2 = U ô2 со s(2 (2) t + 2 р) . нительный узкополосный фильтр 10 и ин- Таким образом на р вертирующий силитель 11. р ру щ ус тель 11. инвертирующего усилителя 11 определяетУстройство работает следующим обра- ся выражением

Uè = О ф2соз (2 cot + 2 +л).

Генератор1возбуждаетгармонические 15 Фазометр 12 показывает сдвиг фаз механические колебания вибратора 2. При между напряжения О, U, н пряжениями .ф1 и и, равный помощи источника 3 мочохроматического . V=2@, откуда p=V /2. света и интерферометра 4 тип ) Майкельсо- Расчеты и эксперимент показывают, что на, где оптическую разность хода света мо- при условии А» il, амплитуда О 1 вто ой д ли ет виб ато 2 о

Фор и руется 20 гармоники сигнала.О 1 практически не завидвижущаяся интерференцирнная картина. сит от амплитуды механических б и р в деиствует на фотопреобразова- и составляет приблизительно 13 от амплии коле ани туды нап ряжения на выходе дифференцируМеханические колебания вибратора 2 ющего усили е ющего усилителя 6. Это позволяет описываются выражением (фиг, 2а)

S(t) =Acos(аt, 25 расширить динамический диапазон устрой) = () ства в сторону больших значений амплитуд где А — амплитуда механь.ческих колебаний; механических колебаний, (- круговая частота механических колебаний. Формула изобретения

Тогда напряжение н; выходе фотопре- 30 Устройство для измерения фазочастотобраэователя 5 опреде1яется формулой Hblx характеристик механически бих коле аний, содержащее последовательно д + 2 А () ) соединенные оптически связанные генера2 7г 2 7( тор частоты f и вибратор, источник монохрогде Оо, О п — постоянные.

U, U — . 35 матического света, интерферометр и

Напряжение на выходе ди@фе ен и

Л д >ференциру фотопреобраэователь, первый узкополосющего усилителя 6 (фи(, 2в) ный фильтр, фазометр, вибратор установ0а - Unв 2 "д- А ru sin(со t) s tn (-2- до + 2 - А sos (рр z) ) лен по ходу светового потока рабочего плеча интерферометра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, Напряжение на выходе пе .вого в хпо- 4 д . о о двухпо- 40 что, с целью расширения динамического лупериодного выпрямит< ля 7(фиг. 2г) опре- диапазона измере диапазона измерений, оно снабжено деляется выражением последовательно соединенными диффе(41-() 2 Aru(sin(apt) (-) (вбп(-2-д,+2 Acos(cue)). ренцирующим усилителем и первым двухполупериодным выпрямителем, Отсюда видно, что () — ° втная перио- 45 последовательно соединенными вторым дическая функция, следозательно, в ее раз- двухполупериодным выпрям ямителем, вторяд урье присутс вуют только рымузкополоснымфильтромиинвертируюкосинусные составляющие.

Таким обРаэом, как видно из фиг. 2г, а фотопреобразо

1 выход отопрео разователя соединен с входом также, как показывают расчет,I и экспери- 50 дифференцирующего усилителя, вход перментальные данные, напряжен яе на выходе вого узкополосного ф вого экополосного фильтра соединен с выосновного узкополосного фильтра 9 определяется выражением ходом первого двух полупериодного выпрямителя, выход — с первым входом фаО зометра, с вторым входом которого соеди55 нен выход инвертирующего усилителя, вход

Оф) = U ф)соз (2 м t + л). второго двухполупериодного выпрямителя соединен с выходом генератора частоты f, а первый и второй узкополосные фильтры настроены на частоту 2f.

UI - UsmCOS (В1+ (:, 1?2144?

Составитель В,Соловейчик

Техред М.Моргентал Корректор Н.Король

Редактор В.Петраш

Производственно-издательский комбинат "Пв -..нт", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 946 Тираж 375 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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