Способ определения параметров вибрации
Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение информативности за слет одновременного определения амплитуды и частоты вибраций. Способ заключается в подсвете вибрирующей поверхности пучком когерентного излучения и преобразованииизлучения рассеянного поверхностью в электрический сигнал, при этом размер пучка когерентного излучения выбирают исходя из соотношения , приведенного в описании изобретения 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИ АЛ ИСТИЧ Е СКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАPСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4782464/28 (22) 11.12,89 (46) 07.08,92. Бюл. ¹ 29 (71) Всесоюзный науный центр Государственный оптический институт им. С.И, Вавилова" (72) Л.M. Веселов и И.А. Попов (56) Вибрации в технике. Т. 5, М„ Машиностроение, 1981.
Патент США ¹ 3952583, кл, 6 01 Н 9/00, 1978, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИИ
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к бесконтактным оптическим способам измерения, и может быть использовано в измерительных и следящихх устройствах.
Известен интерференционно оптический способ измерения, в котором излучение лазера направляют в интерферометр, измерительное плечо которого согласуют с отражателем, закрепленным на колеблющемся теле, на выходе интерферометра пучки излучения измерительного и опорного плеч соединяют и направляют через диафрагму на фотодетектор, которым регистрируют экстремумы интерференционной картины, по числу и периоду следования которых определяют соответственно амплитуду и период колебаний тела. Недостатком этого способа является необходимость закреплять отражатель на исследуемом объекте, а также сложность юстировки и настройки измерительной схемы, что ограничивает область применения этого способа.
Известен способ, не требующий закреп ления отражателя на исследуемом обьекте Ы 1753271 А1 (я)5 G 01 В 21/00, G 01 Н 9/00 (57) Изобретение относится к измерительной технике, Цель изобретения — повышение информативности за счет одновременного определения амплитуды и частоты вибраций. Способ заключается в подсвете вибрирующей поверхности пучком когерентного излучения и преобразовании излучения рассеянного поверхностью в электрический сигнал, при этом размер пучка когерентного излучения выбирают исходя иэ соотношения, приведенного в описании изобретения.
1 ил. и пригодный для измерения параметров колебаний микрообъектов с диффузно-рассеи- у вающими поверхностями. В этом способе излучение лазера, разделенное призмой, направляют через линзу, фиксируя и пересекая оба луча создают интерференционную картину в области колебания тела.
Рассеянное телом излучейие регйстрируют через ту же линзу фотодетектором и по числу и периоду импульсов фототока, образуе- (Я мых при пересечении экстремумов (Ъ интерференционной картины колеблющимся телом, определяют соответственно виброперемещение и чаСтоту колебания тела.
Недостатком этого способа является то, что он неприменим для измерения колебаний протяженных тел, что ограничивает его применечие.
° 4
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения параметров вибраций рассеивающих поверхностей, включающий формирование пучка когерентного излучения, подсветку вибрирующей поверхности пучком когерентного йзлучения, преобраза1753271 вание рассеянного поверхностью излучения в электрический сигнал и определение параметров вибрации по электрическому сигналу.
Недостатком известного способа является его низкая информативность, требующая обязательной калибровки и исключающая одновременное измерение амплитуды и частоты вибраций, Цель изобретения — повышение информативности путем одновременного определения амплитуды и.частоты вибраций, Поставленная цель достигается тем, что в способе определенйя йараметров вибраций рассеивающих поверхностей, включающем формирование пучка когерентного излучения, подсветку вибрирующей поверхности пучком когерентного излучения, преобразование рассеянного поверхностью излучения в электрический сигнал и определение параметров вибрации по электрическому сигналу, пучок когерентного излучения формируют таким образом, что его радиус W по уровню интенсивности удовлетворяет соотношению
1 (— — 1 2) 2(W<
Нг — -а
Н4
<(— + г )
Н2
2к11 где а = -- — (— + — ): р
Н вЂ” максимальная граница диапазона измерений, на который настраивается схема;
Л вЂ” длина волны когерентного излучения р — радиус кривизны волнового фронта подсвечивающего пучка на вибрирующей поверхности; ! — расстояние от вибрирующей поверхности до точки наблюдения, преобразуют электрический сигнал в его спектральный аналог, осуществляют временное накоплейие спектрального аналога, производят его усреднение по независимым реализациям; а частоту и амплитуду вибраций определяют по частотному расстоянию и соотношению интенсивностей максимумов спектрального аналога сигнала: !
1 =V/а.(+ X
2 .2
W2 Лг
X(1+1)2) -г
p где величина а определяется иэ уравнения
fo (2 О сов x ) exp (- 2 Q cos х ) cos 4 х d x
2 2 ог 0
Ь1
ЬО (гacos х ) ехр (— 2 Qcos x ) cos 2 x d x г г
5 о где b2/b > — отношение интенсивностей максимумов спектра; соответствующих второй и первой гармоникам спектра;
10 4(Z) - модифицированная функция 6есселя нулевого порядка.
На чертеже представлена схема устройства, реализующего способ, Устройство содержит лазер 1 в качест15 ве источника когерентного излучения, линзу 2 в качестве формирователя пучка, облучающего вибрирующую поверхность 3, фотоприемник 5 с диафрагмой 4, спектроаналиэатор 6, интегратор 7 и блок 8 измере20 ния.
Пример. 8 качестве источника излучения применялся лазер Л Г-52-2 (длина волны 0,63 мкм, мощность непрерывного излучения 10 мВт), 25 В качестве колеблющегося тела использовались образцы различных материалов, такие, например, как стеклянные или металлические шлифованные образцы, диаметр d пятна лазерного излучения на поверхности
30 образца составлял 0,3 — 2,0 мм (для формирования пятна использовались линзы 2 с различным фокусным расстоянием).
Колебания с амплитудами 0,02-1,0 мм образцам сообщались с помощью кулачко35 вого механизма. Амплитуда колебаний измерялась с помощью индикатора ИЧ10МН, а также дополнительно для повышенных частот — с помощью автоколлиматора АК вЂ” 05 по блику от полированной грани образца в
40 пересчете на угол, .частота контролирова- . лась частотомером ЧЗ-38 по сигналу оптронной пары, связанной с механизмом.
Рассеянное излучение регистрировалось фотодиодом ФД-256 с линейным уси45 лителем электрического сигнала.
Чувствительная площадка приемника ограничивалась диафрагмой 4, диаметр р которой с целью оптимизации отношения сигнала к шуму выбирался из соотношения
50 .Л! р (« где Л вЂ” длина волны излучения, ! — расстояние от тела до фотоприемника.
55 Это соотношение обеспечивает отсутствие усреднения спекл-картины на приемной апертуре. Усиленный сигнал, пропорциональный интенсивности рассеянного излучения, подавался на вход анализатора
1753271
Ь=/(+4 ™ Х
2 г 2
X(р+Х) ) 2 где величина а определяется иэ уравнения (——
Н2
) г сччс
1
Н 4 где а- — у — (р+ — );
2л
Н вЂ” максимальная измерений, на который ма; г
30 где Ьг/Ь| — отношение интенсивностей максимумов спектра, соответствующих второй и первой гармоникам спектра; зо(2) — модифицированная функция Бесселя нулевого порядка, 1-: граница диапазона настраивается схе- 35
1
1 !
Составитель Л. Веселов
Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т. Вашкович
Редактор О. Головач
Заказ 2759 Тираж - Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж 35, Раушская наб.. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 спектра СК-4-72, который включал в себя последовательно соединенные блоки анализатора спектра С4-73/1, интегратора многоканального Я4С-78/1 и блока измерительного Я4С-76/1 с осциллографическим и 5 цифровым индикаторами, на. котором наблюдался спектр мощности и измерялись его параметры, Формула изобретения 10
Способ определения параметров вибрации, включающий формирование пучка когерентного излучения, подсветку вибрирующей поверхности пучком когерентного излучения, преобразование рассеянного 15 поверхностью излучения в электрический сигнал и определение параметров вибра-: . ции по электрическому сигналу, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения информативности путем одновременного 20 определения амплитуды и частоты вибра.ции, пучок когерентного излучения формируют так, что его радиус W по уровню интенсивности f удовлетворяет соотношению: 25
Л вЂ” длина волны когерентного излучения; р - радиус кривизны волнового фронта подсвечивающего пучка на вибрирующей поверхности; (- расстояние от вибрирующей поверхности до точки наблюдения, преобразуют электрический сигнал в era спектральный аналог,. осуществляют временное накопление спектрального аналога, производят его усредненйе по независимым реализациям, а частоту и ам плитуду вибраций определяют по частотному расстоянйю и соотношениям интенсивностей максимумов спектрального аналога электрического сигнала, Л г Jo (2 а соз x ) ехр (-2 асов х ) cos 4 х d x ьг о
Ь1
2 2
f )p(2аcos х)exp(— 2Qcos х)cos2х.dx о
