Волоконный голографический зонд

 

ЬВОЛОКОННЬЙ ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ ЗОНД, с о держащий последовательно расположенные и оптически согласованные источник когерентного излучения, световод , модулятор и фазирующую голограмму , отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерений параметров углового движения, модулятор выполнен в виде фазовой осесимметричной дифракционной решетки , периодической по азимуту в плоскости , перпендикулярной оси световода , при этом ось световода проходит через центр симметрии модулятора. 2. Зонд по п.- 1 , о т л и ч а ю щ и и с я тем, что йодулятор выполнен с фазовым пропусканием, удовлетворяющим соотношению (-(Ч-) г expjf I Sigh (cos QTTJv) «Circ(pJRjj , i, (Л где f, ф - полярные координаты; R - апертура модулятора; ) - пространственная частота модулятора. О // Is: о сд Од

COlO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 01 Р 3/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3854709/24-10 (22) 15.02.85 (46) 23.10.86. Бюл. № 39 (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции и Институт физики АН УССР (72) А.В.Гнатовский, А.П.Логинов, С.Н.Хотяинцев и Л.К.Яровой (53) 531.767(088.8) (56) Будагян И.Ф. и др. Приборы и техника эксперимента, 1972,№ 6, с. 174.

Воляр А.В. и др. Украинский физический журнал, 1978, K - 5, с. 863—

866. (54)(57) 1.ВОЛОКОННЫЙ ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ

ЗОНД, содержащий последовательно расположенные и оптически согласованные источник когерентного излучения, све„„SU„„1265617 A 1 товод, модулятор и фазирующую голограмму, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений параметров углового движения, модулятор выполнен в виде фазовой осесимметричной дифракционной решетки, периодической по азимуту в плоскости, перпендикулярной оси световода, при этом ось световода проходит через центр симметрии модулятора.

2. Зонд по и. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что модулятор выполнен с фазовым пропусканием, удовлетворяющим соотношению (т

i()) = ехг1) — ь)) (он 2 ))) 9) ° с)-(P))) )) где р, ч) — полярные координаты;

R„ — апертура модулятора; — пространственная частота модулятора.

1265617

1 — /Z/ при 1 Е

О при

1 >Z. (i 2П kdV ), Изобретение относится к измери— тельной технике и может быть использовано при проведении измерений в труднодоступных местах в составе датчиков угла поворота, измерителей уг- 5 ловой скорости и т.п. в машиностроении, метрологии и гидротехнике, Цель изобретения — повышение точности измерений параметров углового движения.

На фиг. 1 приведена схема волоконного голографического зонда; на фиг. 2 — пространственный модулятор; на фиг. 3 — схема волоконного измерителя угловой скорости. 15

Волоконный голографический зонд (фиг. 1) содержит последовательно расположенные и оптически согласованные источник 1 когерентного излуче— ния, согласующий объектив 2, волокон- 2О ный световод 3. Последний может быть выбран для удобства эксплуатации многомодовым. Свободный конец световода

3 жестко связан с последовательно расположенным модулятором 4 (фиг. 2)

25 и голограммой 5, записанной при экспозиции модулятора 4. Линейную апертуру модулятора 4 целесообразно выбирать превышающей сечение пучка излучения световода 3. В первом дифракционном максимуме голограммы

5 помещен объектив 6.

Волоконный измеритель, измеряющий угловую скорость объекта 7, например вала двигателя (фиг. 3), кроме волоконного голографического зонда содержит объектив 8, сопрягающий область измерения и торец приемного волоконного световода 9. Свободный конец световода 9 связан с фотодетектором 10, который в свою очередь подключен к частотомеру или анализатору

11 спектра.

Волоконный голографический зонд в составе измерителя угловой скорости работает следующим образом.

Излучение источника 1 с помощью объектива 2 возбуждает световод 3.

После световода 3 в световой пучок падает на модулятор 4, коэффициент пропускания которого задан соотношением

r (r,Ч ) = circ (— ) а ехр 55

О где r — радиус объекта или поля;

R — радиус линейной апертуры модулятора; — пространственная частота вдоль азимута; а — коэффициенты разложения, определяющие конкретный фазовый рельеф.

Промодулированный пучок падает на голограмму 5, на которой предварительно записан угловой спектр промодулированного светового пучка.

Если U„ (P, Ч ) — поле световода 3 на стадии записи голограммы 5, а U

Q. (P, q) — поле световода 3 на ста— дии восстановления (работа зонда в штатном режиме), то поле в фокальной плоскости линзы 6, помещенной в первый дифракционный порядок голограммы 5, можно представить в виде:

W (д, i-1 ) . (U O» U ) (С О t),(2) где р, ч) — полярные координаты;

Ю вЂ” операция пространственной корреляции.

С учетом общего вида функции пропускания (1) автокорреляционная функ— ция (t 9 t) имеет вид (t ® t) /a / ехр (2ТТ Ы pg)

k (3) где p — коэффициент, определяющий масштабное преобразование.

Как видно из (2), зондирующее поле имеет периодическую по азимуту составляющую (3), пригодную для измерения угловых характеристик движения. В частном случае, когда рельеф модулятора имеет вид (q) = ехр (i — si n (sos 2П)u)) т

circ I (R,) (4) поле в области измерения имеет вид

"спиц, как это показано на фиг. 3.

w (р,v)- Л (гп е)- (v е

2 (5) где Л (Z) — треугольная функция

При измерении угловой скорости сформированное поле совмещается с вращающимся объектом 7 и рассеян1265617

Составитель Ю.Власов

Редактор Н.Яцола Техред И.Попович Корректор M.Äeì÷èê

Заказ 5655/39 Тираж 778 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 ное объектом 7 излучение, промодулированное частотой f =Ql /2, фокусируется посредством объектива 8 на входной торец приемного светово— да 9. По световоду 9 излучение посту- 5 пает на фотоприемник 10, фототок которого подается на анализатор 11 спектра для измерения частоты fg.

Наиболее точно скорость измеряется (погрешность не более 5X) при 10 совмещении оси вращения объекта 7 и центра симметрии зондирующего поля.

Этого добиваются, наблюдая на анализаторе 11 спектра ширину спектра фототока. При совпадении центра сим- 15 метрии поля и оси вращения ширина спектра минимальна. С другой стороны, при измерении угловой скорости известным зондом спектр фототока аппроксимируется колоколообраной функцией с плавным понижением в области высоких частот. При этом спектр на граничной частоте, соответствующей максимальной линейной скорости

V = Я г (r — радиус объекта или поля) лежит существенно ниже уровня шумов, что не позволяет измерять угловую скорость с погрешностью менее

15Х. Таким образом, предлагаемый зонд позволяет снизить погрешность измерения скорости не менее чем в три раза.