Лазерный однокомпонентный измеритель вибрации

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет повьшения отношения сигнал/шум . Лазерный однокомпонентный измеритель вибрации содержит первый оптический квантовый генератор 1, изчг fQ rZl i / L/rr±т 11 Г. 1 . - ЦШ -tp L/rr±т 11 Г. 1 . Ш -tp ,, I ijim 0J S (Л со 4 (. N со 00 фиг. 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1341498 А i (51) 4 G 01 .Н 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3656830/24-28 (22) 31.10.83 (46) 30.09.87. Бюл. К - 36 (71) Киевский институт инженеров гражданской авиации (72) В.М.Землянский (53) 53 1,7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М- 12543 13, кл. G 01 Н 13/00, 1983. (54) ЛАЗЕРНЫЙ ОДНОКОМПОНЕНТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВИБРАЦИИ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повьппение точности измерений за счет повьппения отношения сигнал/шум. Лазерный однокомпонентный измеритель вибрации содержит первый .оптический квантовый генератор 1, из. 1341498 лучающий на трех длинах волн,,, луч от которого пространственно совмещается на поляризованном расщепителе 2 с лучом от второго оптического квантового генератора 34, который необходим при измерении параметров вибрации удаленных объектов. Сов- . мещенный луч, проходя через центральное отверстие диафрагмы 3, фокусируется объективом 4 на диффузно рассеивающей колеблющейся поверхности 5.

Рассеянное излучение собирается объ-.-. ективом 4 и через три пары отверстий диафрагмы 3 направляется на смесители

12, 15 и 19, на первых выходых которых установлены первые интерференциальные светофильтры на длины волн 3,, Изобретение относится,к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров вибрации диффузно рассеивающих объектов.

Цель изобретения — повышение точ"ности измерений эа счет повышения отношения сигнал/шум.

На фиг,1 представлена блок-,схема устройства; на фиг.2 — диафрагма с указанием расстояний между попарно симметричными отверстиями.

Лазерный однокомпонентный измеритель вибрации содержит расположенные на одной оптической оси первый оптический квантовый генератор 1, излучающий на трех длинах волн A, % и %, поляризационный расщепитель 2, диафрагму 3 с семью отверстиями, расположенными на одной оси, центральное отверстие находится на оси квантового генератора 1, остальные отверстия попарно симметричны относительно центрального отверстия и образуют первую, вторую и третью пары отверстий, которые расположены в порядке возрастания расстояния между отверстиями в паре, и фокусирующий объектив 4, фокусирующий излучение на диффузно рассеивающей колеблющейся поверхности 5 объекта и собирающий рассеянные лучи 6 - 11 в пределах отверстий диафрагмы 3, первый смеситель

12 с двумя выходами, состоящий иэ соответственно, и далее на фо 9 топриемник 27. Расстояния между от-. верстиями в парах отверстий диафрагмы

3 выбраны таким образом, чтобы в результате оптического гетеродирования рассеянного излучения на трех длинах волн Ъ,, A и Ъ на выходе фотоприемника 27 формировалась переменная сос. тавляющая сигнала, частота которого пропорциональна виброскорости, а амплитуда равна суперпоэиции трех доплеровских сигналов одной частоты. Сигнал с выхода фотоприемника 2? поступает в измеритель 33 доплеровской частоты, с помощью которого регистрируются амплитуда, частота вибрации и виброскорость. 2 ил. последовательного расположенных первого зеркала 13 и первого светоделителя 14, оптически связанный с первой парой отверстий диафрагмы 3, второй

5 смеситель 15 с двумя выходами, состоящий из последовательно расположенных второго зеркала 16, первого фазорегулятора 17 и второго светоделителя

18, оптически связанный с второй парой отверстий диафрагмы 3, третий смеситель 19 с двумя выходами, состоящий из последовательно расположенных третьего зеркала 20, второго фазорегулятора,21 и третьего светоделителя 22, оптически связанный с третьей парой отверстий диафрагмы 3, первый интерференционный светофипьтр

23 на длину волны 9,, первый интерференционный светофильтр 24 на длину волны A и первый интерференционный светофильтр 25 на длину волны расположенные на первых выходах первого 12, второго 15 и третьего 19 смесителей соответственно, первый

25 собирающий объектив 26, фотоприемник

27; через объектив 26 связанный с выходами интерференционных светофиль-. тров 23 — 25, второй интерференционный светофильтр 28 на длину волны второй интерференционный светофильтр 29 на длину волны ъ и второй интерференционный светофильтр 30 на длину волны Ъ, расположенные на з 13 вторых выходах первого 12, второго

15 и третьего 19 смесителей соответственно, второй собирающий объектив

31, световод 32, связывающий выходы интерференционных светофильтров 28 ,30 через объектив 31 с фотоприемником 27, измеритель 33 доплеровской частоты, вход которого электрически связан с выходом фотоприемника 27, а также оптически связанные второй оптический квантовый генератор 34, излучающий на трех длинах волн A

Ъ„,, и вращатель 35 плоскости поляризации, через который квантовый генератор 34 связан с поляризованным расщепителем 2.

Устройство работает следующим образом.

Луч от квантового генератора 1, пройдя через центральное отверстие диафрагмы 3, фокусируется объективом

4 на диффузно рассеивающей колеблющейся поверхности 5. Рассеянное излучение собирается объективом 4 и через .три пары отверстий диафрагмы 3 направляется на смесители 12, 15 и 19.

Рассеянный луч 6, пройдя через отверстие а, диафрагмы 3 (фиг.2), поступает на вход первого смесителя 12, отражается от первого зеркала 13 и проходит первый светоделитель 14. Одновременно луч 7, пройдя через отверстие а диафрагмы 3 (фиг.3), отражается от первого светоделителя 14 и пространственно совмещается с лучом

6. Далее пространственно совмещенные лучи 6 и 7 проходят через первый интерференционный светофильтр 23 на длину волны ъ, и через объектив 26 направляются на фотоприемник 27.

Аналогичным образом пространственно совмещаются рассеянные лучи 8 и 9, прошедшие через отверстия о, и 3 диафрагмы 3 (фиг ° 2), с помощью второго смесителя 15 и рассеянные лучи 10 и

11, прошедшие через отверстия 5, и о диафрагмы 3 (фиг.2), с помощью третьего смесителя 19. Далее пространственно совмещенныелучи 8и 9, 10 и 11, пройдя через первый интерференционный светофильтр 24 на длину волны A и первый интерференционный светофильтр

25 на длину волны соответственно, направляются объективом 26 на фотоприемник 27.

Если расстояние между отверстиями в парах отверстий диафрагмы 3 выбрать равными

41498

Г ;

1; =2F tg farcsin — зin(ar|. tg — )1

i=2 3

5 где F — - фокусное расстояние объектива 4;

1; — расстояние между отверстиями в парах отверстий диафрагмы

3 (фиг,2);

1ð 9; — длины волн излучения оптического квантового генератора 1, то в результате оптического гетеродирования рассеянного излучения на трех длинах волн 9,, 9, на выхо15 де фотоприемника 27 формируется переменная составляющая сигнала, частота которого пропорциональна виброскорости, а амплитуда равна суперпозиции трех доплеровских сигналов одной частоты. Для того, чтобы результирующий сигнал бып максимален, эти три сигнала должны быть синфазны. С этой целью во втором 15 и третьем 19 смесителях установлены первый 17 и второй 21

25 фазорегуляторы соответственно, Для увеличения мощности полезного сигнала рассеянное излучение с вторых выходов смесителей 12, 15 и 19, не попавшее на первые светофильтры др 23 — 25, направляется на вторые ин-, терференционные светофильтры 28 — 30, настроенные на длины волн Ъ,, Ъ,, A соответственно. Далее излучение с помощью объектива 31 и световода 32 направляется на фотоприемник 27, В тех случаях, когда необходимо измерить параметры вибрации объекта

5, находящегося на большом расстоя» нии, а мощности квантового генератора

1 недостаточно, то необходимо использовать второй квантовый генератор 34, излучающий также на трех длинах волн

,, A, Ъ . Линейно поляризованный луч с помощью вращателя 36 плоскости

45 поляризации преобразуется в линейно ,поляризованное излучение с азимутом, отличающимся от азимута линейно поляо ризованного луча генератора 1 на 90

С помощью поляризованного расщепителя

2 лучи пространственно совмещаются и затем фокусируются объективом 4 на поверхности 5 объекта.

Далее устройство работает аналогично описанному при использовании только одного квантового генератора.

Сигнал с выхода фотоприемника 27 поступает в измеритель 33 доплеровской частоты, с помощью которого реги5 134 стрируются амплитуда, частота вибрации и виброскорость.

Формула изобретения

Лазерный однокомпонентный измеритель вибрации, содержащий оптически связанные первый оптический квантовый генератор, оптический преобразователь, диафрагму и фокусирующий объектив, первый и второй светоделители, делящие лучи на два пучка, первое, второе и третье зеркала,,первый и второй собирающие объективы, первый интерференционный светофильтр на длину волны Ъ,, первый интерференционный светофильтр на длину волны,, фотоприемник и блок обработки, вход которого связан с выходом фотоприемника, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен вторым оптическим квантовым генератором, вращателем плоскости поляризации, расположенным между вторым оптическим квантовым генератором и оптическим преобразователем, третьим светоделителем, делящим луч на два пучка, первым и вторым фазорегуляторами, первым интерференционным светофильтром на длину волны, вторым интерференционным светофильтром на длину волны вторым интерференционным светофильтром на длину ВОлны 9, ВтОрым интерференционным светофильтром на длину волны Ъ и световодом, первый и второй оптические квантовые генераторы выполнены с возможностью излучения на трех длинах волн A,, A, A, оптический преобразователь выполнен в виде поляризационного расщепителя, диафрагма выполнена с семью отверстиями, центральное отверстие находится на оси первого оптического квантового генератора, остальные отверстия попарно симметричны относительно ценг> трального отверстия и образуют первую, вторую и третью пары отверстий, которые расположены в порядке возрастания расстояния между отверстиями в паре, первое зеркало расположено на оси, проходящей через одно из отверстий первой пары диафрагмы, и оптически связано с первым светоделителем, расположенным на оси, проходящей через другое отверстие диафрагмы первой пары, второе зеркало расположено на оси, проходящей через одно из отверстий диафрагмы второй пары, и оптически связано через первый фазорегулятор с вторым светоделителем, расположенным на оси, проходящей через . другое отверстие диафрагмы второй пары, третье зеркало расположено на оси, проходящей через одно из отвер25 стий третьей пары диафрагмы, и оптически связано через второй фазорегулятор с третьим светоделителем, расположенным на оси, проходящей через другое отверстие диафрагмы третьей

3р пары, первые интерференционные светофильтры на длины волн %,, и расположены на выходах первого, второго и третьего светоделителей соответственно и через первый собирающий объектив связаны с фотоприемником, вторые интерференционные Светофильтры на длины волн 3,, и ъ расположены на других выходах первого, второго и третьего светоделителей соответст40 венно и через второй собирающий объектив и светопровод связаны с фотоприемником, блок обработки выполнен в виде измерителя доплеровской частоты.

1341498

Составитель С.Конюхов

Техред M.Дидь

Редактор А.Orap

Корректор Г.Решетник

Заказ 4427/45 Тираж 499 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