Оптоэлектронный способ измерения механических колебаний и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения механических колебаний, и могут быть использованы для измерения амплитудных и фазовых характеристик ультразвуковых, звуковых и инфразвуковых колебаний. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых частот и амплитуд вибраций. Это достигается за счет использования модуляции полупроводникового лазера, который можно перестраивать в широком диапазоне частот. С помощью источника питания постоянным и переменным токами возбуждают полупроводниковый лазер 4. Световой пучок с его первого выхода через коллиматор 6 света направляют перпендикулярно на вибрирующую отражающую поверхность зеркала 7. Отраженный свет возвращается обратно в активную область лазера 4 через первый выход. Разность фаз между потоком фотонов, инжектируемых в активную область, и интенсивность накачки приводит к амплитудной модуляции лазера 4, глубина которой регистрируется с помощью фотоприемника 8, оптически связанного с вторым выходом лазера 4. Регулируя фазу, частоту и амплитуду переменной составляющей тока источника питания лазера 4, добиваются максимальной глубины модуляции полупроводникового лазера. Об амплитуде и частоте колебаний судят соответственно по параметрам источника питания. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

(19) (111 (51)5 G 01 В 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

17

СОК В СОВЕТС1(И (СааЮЛИСТИЧЕСКИХ

Я РЕСЦУ БЛИН

Ж ".

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4425421/24-28 (22) 7.05.88 (46) О7.01.90. Бюл. и 1 (71) Вильнюсский государственный университет им. В.Капсукаса (72) С.К.Куршялис (53) 531 ° 717(088.8) (56) Inst and Contr Syst, ч. 4О, 11, р. 75-80. 1967. (54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ

МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ И УСТРОЙСТВО ,ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения механических колебаний, и могут быть использованы для измерения амплитудных и фазовых характеристик ул(тразвуковых, звуковых и инфразвуковых колебаний. Цель иэобретенийрасширение диапазона измеряемых час" тот и амплитуд вибраций. Это достигается за счет использования модуляции полупроводникового лазера, который можно перестраивать в широком

2 диапазоне частот, С помощью источника питания постоянным и переменным токами возбуждают полупроводниковый лазер 4. Световой пучок с его первого выхода через коллиматор 6 света направляют перпендикулярно на вибрирующую отражающую поверхность зеркала 7.

Отраженный свет возвращается обратно в активную область лазера 4 через первый выход. Разность фаз между потоком фотонов, инжектируемых в активную область, и интенсивностью накачки приводит к амплйтудной модуляции лазера 4, глубина которой регистрируется с помощью фотоприемника 8, оптически связанного с вторым выходом лазера 4. Регулируя фазу, частоту и амплитуду переменной составляющей тока источника питания лазера 4, добиваются максимальной глубины модуляции полупроводникового лазера. Об амплитуде и частоте колебаний судят соответственно по параметрам источника питания.

2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1534310

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения механических колебаний, и может быть использовано для измерения амплитудных и фазовых характеристик ультразвуковых, звуковых и инфразвуковых, звуковых и инфразвуковых механических колебаний..

Цепь изобретений - расширение диа- 10 пазона измеряемых частот и амплитуд вибраций - достигается за счет исполь-зования модуляции полупроводникового лазера, который можно перестраивать в широком диапазоне частот. 15

На фиг. 1 показана блок-схема виб-, роизмерителя, реализующего способ; на фиг. 2 - график зависимости глубины модуляции излучения полупроводникового лазера от разности Фаз между 20 его электрическим током модуляции и скоростью инжекции фотонов от отражающей вибрирующей поверхности измеряемого объекта„

Виброизмеритель (фиг. ",) содержит 25 генератор 1 гармонических колебаний, фазовращатель 2, выполненный, например, íà RC-цепочке или отрезке передающего тракта, раздел<<тельный конденсатор 3, полупроводниковый лазер 4,Э0 источник 5 постоянного тока, коллиматор 6, зеркало 7, связываемое с объектом измерения, и фотоприемник 8.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

С помощью источника питания, вклю- чающего в себя генератор 1 гармонических колебаний, фазовращатель 2, разделительный конденсатор 3 и источник

5 постоянного тока на лазер 4 подают постоянный ток смещения и сигнал электрических колебаний, чем обеспечивают возбуждения лазера 4. Световой пучок с первого выхода лазера 4 через коллиматор 6 света направляют перпен- 1 дикулярно на вибрирующую отражающую поверхность зеркала 7, связываемого с объектом. Отраженный or зеркала 7 свет через коллиматор 6 возвращается обратно на активную область лазера 4 через его первый оптический выход.

Это приводит к амплитудной модуляции лазера, глубина которой регистрирует-. ся с помощью фотоприемника 8, оптически связанного с вторым выходом лазера. 55

Калибровка и процесс измерения иллюстрируется зависимостью глубины модуляции (оси разности Фаз между переменной составляющей TQKB I<< p источника и скоростью ижекции фотонов. Для я с с С реъ где Ю у 1 И Ф < pity - соответственно частота вибрации зеркала 7, частота генератора 1 и резонансная частота лазера 4, зависимость g (Ч) приведена на Фиг. 2. Постоянную составляющую, Фазы g выбирают из условия получения максимальной амплитуды 6 Е=ЬЕ,< модуляции выходного оптического сигнала на втором оптическом выходе лазера 4 с частото" Q<,, т.е.

d(l<1P) <=max. Это условие достигается путем изменения расстояние от лазера 4 до отражающей поверхности 7, а также путем изменения фазы сигнала электрических колебаний при помощи

Фаэовращателя 2. Острота резонансного характера зависимости от < определяется постоянным током I смещения о лазера 4 от источника 5, а также амплитудой Х „ сигнала электрических колебаний от генератора 1, Поэтому проводят настройку устройства для получения максимальной амплитуды модуляции выходного оптического сигнала на втором выходе лазера 4 путем подбора величин Х<, и 1„ . Частоту Я, устанавливают обратно пропорционально амплитуде 6 А вибраций поверхности 7 измеряемого объекта (Q 1/КА} . При этом достигают максимальной линейности зависимости между g u p B рабочей точке <. . Проведенная настройка устройства на любой частоте С;) (3 обеспечивает работу во всем диапазоне частот Яц вибраций поверхности 7 0 43,eQ,, С изменением частоты СО величину фазы Ц, устанавливают снова описанным способом. Величина 6А Е „ причем эту зависимость устанавливают путем калибровки по известной величине <Аэтс ион °

Формула изобретения

1. Оптоэлектронный способ измерения механических колебаний, заключающийся в том, что Формируют лазером поперечный световой пучок, подают световой пучок на отражающую поверхность, подают световой пучок, отраженный от поверхности, через полупрозрачное вы,ходное зеркало лазера в активную область лазера, измеряют интенсивность излучения лазера, о - л и ч а ю " шийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых частот и амплитуд вибраций, до подачи светового пучка на

1534

Составитель В.Чулнов

Техред И.Дидык Корректор М.лароши

Редактор С.Патрушева

Заказ 35 Тираж 473 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113935, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат нПатент", г.ужгород, ул.Гагарина, 191 отражающую поверхность модулируют гармоническим сигналом интенсивность накачки лазера, после подачи отраженного от поверхности светового пучка в активную область лазера изменяют ам5 плитуду, частоту и фазу гармонического сигнала, а о параметрах колебания судят по значениям частоты и фазы гармонического сигнала, которые со-10 ответствуют максимальной глубине амплитудной модуляции интенсивности излучения лазера.

2. Лазерный измеритель механических колебаний, содержащий последова310 6 тельно установленные и оптически связанные фотоприемник, лазер и зеркало и источник питания, выход которого подключен к лазеру, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых частот и амплитуд вибраций, лазер выполнен в виде последовательно соединенных генератора гармонического сигнала и фазовращателя, разделительного конденсатора и источника постоянного тока, а выход фазовращателя через разделительный конденсатор подключен к выходу источника постоянного тока °