Устройство для измерения параметров колебаний объекта

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и предназначено для измерения паргметров колебаний диффузно отражающих объектов. и. игобретения является увеличение информативности за счет определения относительной амплитуды колебаний и повышение помехозащищенности за счет компенсации смещения обьекта как целого. Посредством дифракционной решетки 2 и объектива 3 от источника 1 когерентного излучения формируется два параллельных другу пучка, которые , последовательно отражаясь от объект 9 и плоскопараллельной пластины 4, попана фотоприемник 5, которые преобразует интенсивность в электрический сигизп обрабатываемый в блоке 6. 1 з.п. ф-лы, i ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 Н 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

I; АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4720327/28 (22) 18.07,89 (46) 23,05." l. 6юл. М ":9 (71) Мелитопольский институт механизации сельского хозяйства (72) Н.В.Морозов и В.В,Солодов (53) 534.615(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 890076, кл, 6 01 Н 9/00, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАPAfvlETP08 КОЛЕБАНИЙ ОБЪЕКТА

{57) Изобретение о1носится к контрольноизмерительной технике и предназначено для измерения параметров колебаний дифИзобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения амплитуд и фаз колебаний диффузно-отражающих объектов методами фотоэлектронной спекл-интерферометрии в реальном времени.

Целью изобретения является повышение информативности за счет измерения относительной амплитуды нормальных колебаний двух точек исследуемой поверхности, находящихся на заданном расстоянии одна от другой. и повышение помехозащищенности измерений путем компенсации смещений объекта как целого.

На чертеже схематически изображена устройство для измерения параметров колебаний диффузна-отражающего объекта.

Устройства состоит из источника 1 кагеpew How излучателя (лазер); дифракционной решетки 2 с углом дифракции а: объектива

3, установленного на pc!cc70$IHL1M f - t/2 ctg а ат дифракцианнай решетки 2, где f — фокусное расстояние объектива, t — расстояние между исследуемыми точками объекта: Й2, „1651186 А1 фузна отражающих обьектов. Целью и-.с.бретения является увеличение инсрормативности за счет определения относительной амплитуды колебаний и повышение помехазащищенности за счет компенсации смещения обьекта как целого. Посредством дифракционной решетки 2 и объектива 3 от источника 1 когерентного излучения формируется два параллельных другу пучка, которые, последовательно отражаясь от обьекта

9 и плоскопараллельной пластины 4, попадевт на фатоприемник 5, которые преобразует интенсивность в электрический сигнал обрабатываемый в блоке 6. 1 з.п, ф-лы, 1 ил.

Гг у плоскопараллельной пластины 4, установ- C ленной под углом т 4 к оптической аси и толщиной d = An - 0,5, где и — показатель преломления пласкопараллельной стеклянной пластины; фотоприемника 5 с малой инерционностью и апертурой D, который установлен вдоль оптической оси на расстоя- (у нии = d О/1 от фокальной плоскости обьектива, где d — диаметр освеыающего пучка в фокальной плоскос1и обьектива;блока 6 регистрации, вход которого электрически связан с выходом фотоприемника 5; О компенсационных плоскопараллельных стеклянных пластин 7 и 8. Позицией 9 обозначен контролируемый объект.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от источника 1 падает на дифракционную решетку 2, после которой в результате дифракции образуется два пучка.

Эти пучки попадают на объектив 3, установленный на фокусном расстоянии f от решетки 2. Объектив 3 преобразует пучки так. что их ос14 становятся параллельными и распо1651106

40 тому, что оптическая система дифракцион- 45 ная решетка — объектив позволяет сущест50 ложенными на расстоянии t = 2f tga друг от друга. Пучки фокусируют в точки на поверхности объекта 9 и, отразившись от нее, попадают на плоскопараллельную пластину 4.

Благодаря ориентации пластины под углом л/4 к оси распространени в и выбору ее толщины, равной d = - 0,5, отраженг ные от ее граней совмещаются в плоскости регистрации с получением широких интерференционных полос. Распределение интенсивности в плоскости регистрации фиксируется фотоприемником 5 с малой инерционностью, установленным на расстоянии Е = d Э/Л от фокальной плоскости объектива 3, в которой расположен исследуемый объект, где d — диаметр пучков в фокальной плоскости объектива 3, D — диаметр апертуры фотоприемника 5, Л вЂ” длина волны излучения источника 1.

Для регистрации фотоприемником 5 изменения интенсивности интерференционной картины, образованной двумя спекл-полями волн, отраженных от двух исследуемых точек диффузно рассеивающего объекта, необходимо, чтобы, во-первых, диаметр апертуры фотоприемника не превышал ширины одной интерференционной полосы; во-вторых, размеры спекл-структуры должны быть сравнимы с размерами апертуры фотоприемника.

Выполнение первого условия обеспечивается тем, что установка плоскопараллельной пластины заданной толщины под углом л/4 к оптической оси позволяет совместить изображение исследуемых точек и получить интерференционные достаточно широкие полосы в пространстве регистрации. Кроме того, с целью получения интерференционной спекл-картины с достаточно широкими полосами (ширина полос больше диаметра апертуры ФЭУ) на пути интерферирующих волн установлены компенсационные плоскопараллельные стеклянные пластины 7 и

8. Второе условие выполняется благодаря венно (в 40 — 50 раз) уменьшить диаметр освещающего поверхность пучка и. таким образом, минимальный диаметр спеклов е - Л1 /а существенно возрастает, Кроме того, фотоприемник с апертурой 0 раэмещается на определенном минимально возможном расстоянии L от объекта вдоль оптической оси устройства. Существенно уменьшить апертуру фотоприемника или увеличить расстояние L от фотоприемника до объекта не позволяют ограниченные чувствительность фотоприемника и мощность используемого лазера. Фокусировка пучка

35 лазерного излучения на поверхность объекта, кроме того, позволяет уменьшить область поверхности, по которой происходит усреднение измеряемой амплитуды колебаний.

Изменение интенсивности интерференционной картины, образованной волнами, отраженными от двух точек исследуемой поверхности, зарегистрированное фотоприемником 5 малой инерционности, преобразуется в электрический сигнал. По временной эволюции электрического сигнала определяется относительная амплитуда а гармонических колебаний двух исследуемых точек для случая, когда начальная разность фаэ оптических волн равна л/2 а = — (лК + (— 1 ) аrcsin i

ii — значение сигнала в точке 2 ft+p = тг/2;

f — частота; р- фаза относительных колебаний;

Ip — максимальное значение электрического сигнала;

К = О, 1, 2, ... — число минимумов за половину периода на осциллограмме.

Относительная фаза колебаний двух точек может быть определена следующим образом: а + а3 — аг

2а1.аг где а1, аг — амплитуды колебаний двух исследуемых точек, которые определяются предварительно любым из известных способов.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения параметров колебаний обьекта, содержащее источник когерентного излучения и расположенные по ходу излучения объектив, держатель объекта, фотоприемник и блок регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения информативности и помехозащищенности, оно снабжено дифракционной решеткой, установленной по ходу излучения между источником когерентного излучения и объективом, и плоскопарал,лояльной пластиной толщиной d = 2ftg а п - 0,5 . где f — фокусное расстояние объектива, и — угол дифракционной решетки, n — показатель преломления материала пластины, размещенный между объективом и держателем объекта и ориентированной под углом л /4 к направлению потока излучения, держатель объекта установлен в фокальной плоскости объектива, а фотоприемник размещен на расстоянии L по ходу излучения от фокальной плоскости

1651106

Составитель В. Бахтин

Техред М.Моргентал Корректор Л,Бескид

Редактор Т.Иванова

Заказ 1979 Тираж 318 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент". а. Ужгород, ул. Гагарина. 101 объектива, удовлетворяющим соотношению L = d D/А, где d — диаметр пучка излучения в фокальной плоскости объектива, Π— диаметр апертуры фотоприемника, il — длина волны когерентного излучения. 5

2. Устройство по п.1, о тл и ча ю щеес я тем, что; с целью измерения параметров колебаний по всей поверхности объема, де-: ржатель объекта установлен с возможностью перемещения по трем взаимно ортогональным направлением, одно из которых ориентировано вдоль оптической оси объектива,