Способ определения параметров колебаний микрообъектов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 В 9/00

ГОСУДАРСТВЕН ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ДВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4954223/28 (22) 17.06.91 (46) 07.06.93. Бюл; % 21 (71) Центральный научно-исследовательский институт измерительной аппаратуры и

Научно-исследовательский институт меха. ники и физики при Саратовском государственном университете (72) Д.А.Усанов, О.Н.Куренкова, В.Д,Тупикин, А.О.Дарченко и А.Б.Письменная (56) Авторское свидетельство СССР

М 1408241, кл. G 01 Н 9/00, 1988.

2. Авторское свидетельство СССР

N. 11662266009933,, кКл ; G 01 Н 9/00, 26/07.89. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ llAPAMETРОВ КОЛЕБАНИЙ МИКРООБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к вибрационным измерениям, и может быть использовано для определения добротности и амплитуды колеблющихся микрообъектов. Целью изобретения является расширение информаИзобретение относится к вибрационным измерениям и может быть использовано для определения добротности. и амплитуды колеблющихся микрообъектов.

Целью изобретения является повышение информативности путем определения добротности и ал плитуды механических колебаний, Цель достигается тем, что в способе определения параметров колебаний микрообъектов, заключающемся в том, что освещают микрообъект, наблюдают его резкое изображение с помощью оптической си„„533 „„1820201 А1 тивности способа за счет определения помимо. резонансных частот колебаний микрообъектов еще добротности и амплитуды механических колебаний. Способ определения параметров колебаний микрообъектов заключается в том, что освещают колеблющийся объект, наблюдают его резкое изображение, плавно изменяют значения возбуждающих частот в заданном диапазоне частот колебаний, фиксируют момент возникновения резонанса по размытию иэображения, при наблюдении резонанса плавно изменяют возбуждающую частоту при постоянной амплитуде возбуждения, измеряют диаметр (длину штриха) кружка. 3 размытия точки иэображения, фиксируют

его максимальное значение, а также значе-. ние, eV2 меньшее максимальной, соответст- вующие значения возбуждающих частот и в соответствии с математической формулой ф определяют добротность системы и амплитуду колебаний. 1 ил. евей

ИВЗЮЬ стемы, плавно изменяют значения возбуждающих чмтот в заданном диапазоне частот колебаний при постоянной амплитуде в возбуждения, в процессе наблюдения изображения фиксируют момент возникновения размытия иэображения, соответствующий резонансу, и определяют резонансные частоты колебаний микрообьектов, после фиксации момента возникно- . вения .размытия иэображения flëàâíî изменяют частоту, измеряют диаметр кружка размытия точек иэображения, фиксируют

1820201 его максимальное значение, а также значение, в 2, меньшее максимального, и соответствующие частоты, по которым определяют добротность системы и амплитуду колебаний из следующих выражений: айвах

Fi — Ег где F 5@ = значение резонансной часточг ты, соответствующее максимальному диаметру кружка размытия . при наблюдении резонанса колебаний, F15 щ@, F2L ы@ — значение частот колебан й, соответствующих уменьшению макоимального диаметра кружка размытия в 2, г) где а — амплитуда колебаний;

L- диаметр кружка размытия точки изображения;

А — апертура объектива оптической системы;

1 — длина тубуса оптической системы;

Р- увеличение объектива;

r — рабочее расстояние объектива;

f —. фокусное расстояние. объектива, Изобретение поясняется чертежом, поясняющим полученную зависимость амплитуды колебаний и диаметра кружка раэмытия точек изображения.

Способ осуществляется следующим образом.

8 поле зрения оптического устройства устанавливают на предметном столике электродинамический вибровозбудитель с закрепленным на его рабочей поверхности исследуемым объектом, включают источник освещения, блок управления оптического устройства, генератор низкочастотных сигналов и частотомер, вибровозбудитель. С помощью устройства наводки на резкость оптического устройства перемещают оптическое устройство до получения на экране монитора оптического устройства резкого иэображения колеблющегося объекта, затем плавно изменяют возбуждающую частоту с помощью генератора низкочастотных сигналов в заданном {рабочем) диапазоне частот, по наблюдению размытия резкого изображения находят резонанс колебаний, наблюдая картину. размытия резкого изображения, плавно изменяют воэбуждающую частоту при постоянной амплитуде возбуждающих колебаний, по изменению контраста изображения с помощью блока управления оптического устройства определяют максимальное значение диаметра (длина штриха) кружка размытия точки изображения, затем значение этой величины в 2,меньшее максимальной и по частотомеру определяют соответствующие часто"0 ты, по которым с помощью приведенных соотношений (1, 2) определяют значение добротности и амплитуды колебаний микрообъектов, находящихся в резонансе колебаний.

15 В качестве примера конкретного выполнения определялась добротность и амплитуда колеблющейся сетки светового табло.

Исследуемый участок сетки. закреплялся на . рабочей поверхности электродинамического вибровозбудителя, размеры которого позволяют устанавливать его на рабочий столик оптического устройства для наблюдения увеличенного изображения. Как известно, при наличии резонанса колебаний

25 точки поверхности, колеблющиеся с одинаковой амплитудой, образуют упорядоченным образом расположение линии. При этом картина распределения амплитуд колебаний характеризуется наличием чередующихся узлов и пучностей..При выбранной глубине резкости оптического устройства картина точек поверхности, являющихся узлами, сохраняется резкой, а точки, создающие пучности колебания, если их амплитуда превышает глубину резкости оптического устройства, размывают изображение. При . этом каждой резонансной частоте соответствует свой рисунок размытия изображения, определяемый формой колебания на

40 данной частоте, Нерезонансные колебания с амплитудой, превышающей глубину резкости дают однородную картину размытия изображения всей наблюдаемой поверхности, в целом. Была определена зависимость

45 диаметра (длина штриха) кружка размытия точек изображения поверхности от амплитуды колебаний на различных резонансных частотах, исходя из следующих представлений: значение амплитуды поперечных коле50 баний объекта рассматривалось, как продольное смещение т.А>, в т.А1, вдоль оптической оси объектива О, с помощью которого было получено оптическое изображение точек поверхности колеблющегося объекта, Тогда, используя соотношение Ньютона, можно определить смещения т,Ар относительно смещения соответствующей точки изображения А в положение А в виде

1820201

20

2ь ф+f }}

30. шение

0! =2! Р.

Таким образом, выражение (7) будет

35 иметь вид

Решая (8), получим

> (9) соответственно из (8) 50 не частот колебаний при постоянной амплиa+z (10) 55 а/а= -!/z, (3)

В соответствии со схемой построения иэображения из подобия треугольников

00 1А1 и А1АрАр следует, что ! /а =Х/ I+f =a, откуда а - 4)

L1 !+f1 х+! и

С учетом (4) выражение (3) может быть преобразовано к виду

al (+ I} х+ 11

Из Ь А1010 следует, что

-А/?(f+z+a)= 2 + .2 (6)

Подставляя (6) в (5), получим квадратное уравнение относительно а:

В связи с.тем, что в конкретном случае реализации предлагаемого способа изображение, полученное с помощью объектива на видиконе, наблюдается на экране монитора, необходимо учесть увеличение р в системе видикон — экран монитора ° соответственно диаметр кружка раэмытия на экране монитора

a+ (г+у) a + (f+l)-0 (8) +Z +

Раэмытие изображения колеблющейся поверхности можно наблюдать при.условии, что значение амплитуды колебания превосходит значение глубины резкости оптического устройства, которое используется для наблюдения изображения колеблницегося объекта. В данном случае использование системы объектив — видикон — экран монитора глубина резко изображаемого пространства (глубина резкости) Л определяется выражением где — расстояние от заднего фокуса обьектива до экрана монитора;

f — фокусное расстояние объектива;

И вЂ” разрешающая способность видикона (лин/лин), которая определяет диаметр минимального кружка размытия, воспринимаемого как точка.

Величина Ь служит поправочным коэф.фициентом при определении значения а.

Как показал анализ выражения (10) зависимость диаметра кружка размытия точки изображения (длины штриха) от амплитуды а можно считать линейной с по} решностью, не.превышающей 1,5 g, поэтому при определении добротности нет необходимости использовать выражения (9, 10) достаточно определять при наблюдении резонанса колебаний значения е и — - — и соответстЬпах

1 2 вующие значения частот и определять значение добротности, используя соотноПредлагаемый способ может быть с высокой эффективностью использован в микроэлектронике, электронной промышленности, в неразрушающем контропе вибрационных параметров различных изделий и различных систем, находящихся в состоянии вибрационного возбуждения.

Формула изобретения

Способ определения параметров колебаний микрообъектов, заключающийся в том, что освещают микрообъект, наблюдают его резкое изображение с помощью оптической системы, плавно. изменяют значения возбуждающих частот в заданном диапаэотуде возбуждения, в процессе наблюдения изображения фиксируют момент возникновения размытия изображения, соответствующий резонансу, и определяют резонансные частоты колебаний микрообьектов,отл ичэ ющийсятем,что,с целью повышения информативности способа за счет определения также и добротности системы и амплитуды колебаний, после фиксации момента возникновения размытия

1820201

0F1 -F2 где Риакс — значение резонансной частоты, соответствующее максимальному диаметру кружка размытия при наблюдении резонанса колебаний:. Составитель О. Куренкова

Техред М.Моргентал Корректор Е, Папп

Редактор

Заказ 2022 . Тираж . .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Произвадс.гвенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 изображения, соответствующего резонансу, плавно изменяют частоту, измеряют диаметр кружка размытия точек изображения, фиксируют его максимальное значение, а также значение, в /2 меньшее максимального, и соответствующие частоты, по которым определяют добротность системы Q u амплитуду колебаний а из следующих выражений

F2L m — "значения частот К г колебаний, соответствующих уменьшению максимального диаметра кружка размытия

5 в 2 где L — диаметр кружка размытия точки изображения;

А — апертура обьектива оптической системы;.

I — длина тубуса оптической системы;

Р- увеличение объектива; г — рабочее расстояние обьектива;

f — фокусное расстояние обьектива.