Голографический способ определения деформированного состояния вращающихся объектов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области диагностики технического состояния вращающихся деталей Цель изобретения - повышение точности Повышение точности достигается за счет синхронизации моментов генерации импульсов подсвета с заданным угловым положением объекта и фазой процесса в объекте 2 с п ф-лы, 2 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ И СТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (SI)5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4633516/28 (22) 09.01.89 (46) 07.08.92 Бюл. ¹ 29 (71) Калининградский государственный университет (72) И. Ю. Богусонова, В, С. Гуревич, M. Е.

Гусев, Р.Il. Данилов и В, А, Разиньков (56) Vopt Е. и др, Experimental Mechanics, June,1985, с. 161-170. (54) ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМИРОВАННОГО СОИзобретение относится к области диагностики теьхнического состояния вращающихся деталей машин и механизмов, Целью изобретения является бесконтактное диагностическое определение деформированного состояния вращающихся деталей, Неголографические методы определения перемещенйй и деформаций одновременно по всей, поверхности вращающегося объекта в настоящее время отсутствуют.

Существующие голографические методы решения указанной задачи можно классифицьфовать следующим образом:..

1. Вращающийся объект регистрируется на неподвижную голограмму двумя импульсамти модулированной добротности за один цйкл накачки импульсного лазера, При этом моменты излучения импульсного лазера не синхрониэируются с определенным угловым положением объекта, а междуимпульсный интервал и оптическая схема выбираются такими, чтобы вращательное перемещение объекта за время между экс„, Ы„„1753268 А1

СТОЯНИЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к.области диагностики технического состояния вращающихся деталей, Цель иэобретения— повышение точности, Повышение точности .; достигается за счет сйнхлртонхиэкации моментов генерации импулъсоьв-подсвета с заданнйм угловым положением объекта и фазой процесса в объекте, 2 с. п. ф-лы, 2 ил, -t позициями не приводило к возникновению интерференционных полос, 2. Вращающийся объект регистрируется на неподвижную голограмму в произвольном угловом "пбложейии одним импульсом модулированной добротности.

Затем неподвижный объект совмещают с помощью специальных прйспособлений с у угловым положением в момент первой регистрации и производится вторичная регистрация уже неподвижного объекта.

3. Вращающийся объект регистрирует- 0 ся на неподвижную голограмму через доро- 00 татор изображеййя. Лазерные импульсы лри этом синхронизйруютса только с фазами вибрационных колебаний.

: Ни один из этих способов не позволяет произвести интерферометрйческое сравнение при двух различных, ненулевых скоростях вращения. Такая регистрация может быть осуществлена при заккреплейии голограммы на вращающемся объекте, что ограничивает размер регистрируемой области и скорости вращения йз=за малой прочности

1753268 фотопластинок и их собственной деформации при вращении, Наиболее близким к предлагаемому является голографический способ, заключающийся в том, что обьект, вращающийся с постоянной скоростью, регистрируют дважды с помощыю импульсного лазера от разных циклов накачки, При этом импульсы запуска накачки синхройизируются с определенным угловым положением, а лазерные импульсы формируются по истечении определенного, строго фиксированного, времени задержки.

Способ реализуется с помощью установки, содержащей объект, вращающийся в вакуумированной камере, импульсный лазер с модулятором добротности и голографический интерферометр, оптически связанные с импульсным лазером и интерферометром систему юстировки и непрерывный " лазер, последовательно включенные формирователь синхроимпульсов, устройство блокировки импульсов поджига, блок накачки, выход которого подключен к лампе накачки, а также формирователь управляющего импульса для модулятора добротности, выход которого подключен к модулятору добротности.

При этом возможность голографического сравнения за счет совмещения на фотопластике двух иэображений объекта с точностью до размеров спекл-структуры реализуется лишь при строго одинаковой ско рости вращения обьекта во время обеих экспозиций, что достигается помещением объекта в вакуумированную камеру, Однако, если скорости вращения за время экспозиций различаются, указанные способ и устройство не обеспечивают возможности интерферометрического сравнения, т.к. при этом импульСы излучения лазера при первой и второй экспозициях будут соответствовать различным угловым положением объекта, что приводит к нарушению взаимной корреляции между двумя зарегистрированными на голограмме изображениями.

ЦельЮ изобретения является повышение точности итерферометрического сравнения двух состояний вращающегося объекта, Поставленная цель достигается тем, что в голографическом способе объект освещают двумя импульсами когерентного излучения, полученными при различных циклах накачки импульсного лазера, и производят голографическую регистрацию рассеяного объектом излучения, причем с целью повышения точности моменты генерации импульсов синхронизируют с определенным

10

25 ния (БУ), выход которого подключен к входу

50

45 угловым положением объекта и фазой процесса в объекте, а моменты начала циклов накачки синхронизируют с различными угловыми положениями объекта, выбранными таким образом, чтобы интервалы между началами соответствующих циклов накачки и импульсами когерентного излучения лежали в диапазоне значений, определяемом процессами накачки в лазере, На фиг, 1 показана блок-схема голографической установки, реализующей предлагаемый способ; на фиг. 2 — диаграммы напряжений, иллюстрирующие принцип работы предлагаемого устройства.

Голографическая установка включает оптически связанные импульсный лазер 1 с модулятором 2 добротности и голографический инте рферометр 3, лазер 4 непрерывного излучения, формирователь . 5 синхроимпульсов (ФСИ), последовательно соединенные блок 6 блокировки импульсов запуска закачки (БИЗН) и блок 7 накачки (БН). вход которого подключен к входу на-. качки импульсного лазера, и блок 8 управлемодулятора 2 добротности, а также последовательно включенные генератор 9 пилообразного напряжения (ГПН), вход которого подключен к выходу ФСИ 5, и компаратор (К) 10, выход которого подключен к входу

БИЗН 6, последовательно соединенные блок 11 блокировки импульсов модуляции добротности (БИМД), первый вход которого подключен к выходу ФСИ 5, а выход подключен к входу модулятора 2 добротности, и пусковой блок 12, блок БИЗН 6 выполнен с входом пуска, подключенным к выходу блока 12, второй вход которого подключен к выходу блока БИЗН 6. и входом сигнала процесса, а ФСИ 5 выполнен с оптическим входом, оптически связанным с лазером 4 непрерывного излучения, и лепестком 13, предназначенным для установки на объекте и перекрывания оптического входа, Сопоставительный анализ признаков отличительной части формулы изобретения и аналогов показал наличие. критерия "Существенные отличия", т,к, они не совпадают или дают качественно различающиеся свойства.

Благодаря новым операциям синхронизации моментов открытия модулятора добротности и моментов поджига лампы накачки обеспечивается возможность получения на одной фотопластинке двух скоррелированных голографических изображений объекта, соответствующих не только одинаковым, но и различным угловым скоростям вращения. При этом использование различных схем голографических и

5 1753268 спекл-интерферометров позволяет исследовать как поперечные колебания объектов, так и деформаци в плоскости вращения, обусловленные qe, робежными силами.

Кроме того, синхронизация импульсов излучения с одним i тем же угловым пол0жением объекта полностью исключает влияние вращательного движения на вид интерференционной картины, что повышает точность и достоверность измерений, Установка работает следующим образом„

/ епесток 13, расположенный на периферии вращающегося объекта, при враще5

15 нии периодически перекрывает луч лазера

4 непрерывного излучения, падающий на

ФСИ 5. При этом ФСИ 5 формирует серию синхроимпульсов (один импульс за один оборот), Синхроимпульсы поступают на вхо20 ды ГПН 9 и БИМД 11, По переднему фронту синхроимпульсов запускается развертка

ГПН 9, и пйлообразное напряжение, период изменения которого равен периоду вращения объекта, поступает на вход К 10, который каждый раз при достижении порогового значения напряжения ГПН 9

Опор (фиг,2) формирует один импульс, поступающий на вход устройства БИЗН 6. При нажатии кнопки "Пуск" на блоке 12 на БИЗН

6 подается постоянное напряжение. кото30 рое приводит БИЗН 6 в рабочее состояние.

На блок БИЗН 6 подается сигнал процесса, например, вибраций. Регуляторами Ъи и ракс устанавливается некоторый интервал, щения с определенной фазой процесса, B результате на выход БИЗН 6 проходит только тот синхроимпульс с К 10, который попадает В заданный интервал / макс Ъин

40 процесса. Этот импульс постуйает на БН 7 запуская лампу накачки лазера 1, а также поступают на БИМД 11, снимая блокировку в этом блоке, В результате в БИМД 11 пропускается один синхроимпульс с ФСИ 5, 45 который поступает в БУ 8, где формируется и усиливается до рабочего напряжения модулятора 2 добротности. Этот же синхроимпульс с БИМД 11 поступает в блок 12, блокируя дальнейшую работу устройства до

50 следующего нажатия кнопки "Пуск".

Имеющийся на регулировочном входе К

10 амплитудный детектор позволяет установить задержку между импульсами поджига и управления модулятора 2. Эта задержка

55 устанавливается таким образом, чтобы при обеих частотах вращения они попадали в оптимальный интервал. определяемый процессами в импульсном лазере 1 и составляющий 400 — 800 мкс. Регулятор "Наклон" позволяющий связать синхроимпульсы вра- 35 позволяет установить оптимальную амплитуду пилообразного напряжения на требуемой частоте вращения. При этом перед проведением измерений с помощью регулятора "Наклон" (фиг. 1) устанавливается такая скорость нарастания пилообразного напряжения, чтобы его величина не достигала предельного выходйого напряжения

ГПН 9 ни при одной из.исследуемых скоростей вращения объекта.

Для получения интерферограмм вторично на тот же носитель записывается голограмма в другой фазе процесса, для чего между экспозициями изменяются значения сии и ракс. Точное определение фаз лазерных импульсов во время регистраций можно провести с помощью запоминающего осциллографа. Для того, чтобы максимально сократить фронт синхроимпульсов и повысить стабильность синхронизации, используется собирающая линза, расположенная таким образом, чтобы в ее фокальной плоскости находился лепесток 13.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемые способ и устройство, благодаря новым операциям синхронизации моментов открытия модулятора добротности и запуска накачки, а также благодаря включению в установку новых элементов и новых связей между элементами, имеющимися в прототипе, обеспечивает воэможность бесконтактного интерферометрического сравнения двух состояний вращающегося объекта; устранение влияния вращательного движения на вид интерференционной картины.

Формула изобретения

1. Голографический способ ойределе-. ния деформированного состояния вращающихся объектов, заключающийся в последовательном подсвете объекта двумя импульсами когерентного излучения, полученными при различных циклах накачки импульсного лазера, и голографической регистрации рассеянного объектом излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, моменты генерации импульсов синхронизируют с определенным угловым положением объекта и фазой процесса в объекте, а моменты начала циклов накачки синхронизируют с различными угловыми положениями объекта, выбранными таким образом, чтобы интервалы между началами соответствующих циклов накачки и импульсами когерентного излучения лежали в диапазоне значений, определяемом процессами накачки в лазере.

2. Голографическое устройство для определения деформированного состояния вращающихся объектов, содержащее опти1753268 иг.1 чески связанные импульсный лазер с модулятором добротности и голографический интерферометр, лазер непрерывного излучения, формирователь синхроимпульсов, последовательно соединенные блок блокировки импульсов запуска накачки и блок накачки, вход которого подключен к входу накачки импульсного лазера, и блок управления, выход которого подключен к входу модулятора добротности, о тл и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено последовательно соединенными генератором пилообразного напряжения, вход которого подключен к выходу формирователя синхроимпульсов, и компаратором, выход которого подключей к входу блока блокировки импульсов запуска накачки, последовательно соединенными блоком блокировки импульсов модуляции добротности, первый вход которого подключен к выходу формирователя синхроимпульсов, а

5 выход подключен ко входу модулятора добротности, и пусковым блоком, блок блокировки импульсов запуска накачки выполнен с входом пуска, подключенным к выходу пускового блока, второй вход которого под10 ключен к выходу блока блокировки импульса запуска накачки; и входом сигнала процесса, а формирователь синхроимпульсов выполнен с оптическим входом, оптически связанным с лазером непрерывного

15 излучения и лепестком, предназначенным для установкй на объекте и перекрывания оптического входа.

1753268

Ы рюцессц

I)

ГЭ

Н

Ф т. 2

Составитель Е.Глузкова

Техред М,Моргентал . Корректор Е,Папп

Редактор С.Кулакова

Заказ 2758 . Тираж Подписное

BÍÈÈÏÈ Государственного комитета по изобретениям и открытиял, при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат, атент". г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

П J1 а