Устройство для визуализации пространственно-неоднородных акустических полей от микрообъектов

Авторы патента:

Никишин Евгений Леонардович (RU)

Колотырин Александр Алексеевич (RU)

Зимняков Дмитрий Александрович (RU)

G01H9 - Измерение механических колебаний или ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых колебаний с использованием средств, чувствительных к излучению, например оптических средств

Владельцы патента RU 2470268:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) (RU)

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для получения информации о структуре акустических полей при разработке акустоэлектронных приборов, для регистрации акустических полей при физических исследованиях волновых процессов в акустике, для контроля структур в непрозрачных для видимого света объектах. Сущность: устройство содержит акустооптическую ячейку Брэгга, источник когерентного оптического излучения, оптические системы для формирования падающего на ячейку Брэгга светового пучка и обработки дифрагированного в ячейке светового пучка, а также устройство регистрации изображения объекта. Акустооптическая ячейка Брэгга образована последовательно акустически соединенными первым и вторым звукопроводами с различными значениями скорости распространения акустических волн. Торцевые сопряженные поверхности звукопроводов имеют сферическую форму одинакового радиуса с центром кривизны, расположенным на продольной оси звукопроводов. При этом в случае, когда скорость распространения акустической волны в первом звукопроводе больше скорости распространения акустической волны во втором звукопроводе, сферическая поверхность первого звукопровода выполнена вогнутой, а второго звукопровода - выпуклой. И наоборот, если скорость распространения акустической волны в первом звукопроводе меньше скорости распространения акустической волны во втором звукопроводе, то сферическая поверхность первого звукопровода выполнена выпуклой, а второго звукопровода - вогнутой. Акустооптическое взаимодействие осуществляется во втором звукопроводе, а изучаемый акустический объект располагается на плоской торцевой поверхности первого звукопровода. Технический результат: получение яркого стигматического изображения при визуализации акустических полей от микрообъектов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Известно устройство для визуализации акустических полей, содержащее источник когерентного оптического излучения, два сканера оптического луча во взаимно перпендикулярных направлениях, зеркала, оптическую систему формирования изображения, демодулятор несущего информацию об акустическом объекте отраженного оптического луча, фотоприемник, процессор акустических сигналов и устройство регистрации акустического изображения (Кайно Г. Акустические волны. Устройства, визуализация и аналоговая обработка сигналов. 1990, с.321-323). В данном устройстве визуализации акустические волны падают на полированную отражающую поверхность объекта, а смещения поверхности, обусловленные падающими на нее акустическими волнами, непосредственно измеряются лазерным измерителем микроперемещений. Для быстрого сканирования лазерного луча по плоскости отражающей поверхности используется акустооптическая ячейка и автоматически регулируемое движущееся зеркало. Информация об измеренных смещениях поступает на процессор акустических сигналов, а затем на дисплей.

Недостатками устройства являются наличие движущихся частей, сложность процесса визуализации акустических полей и необходимость применения дорогостоящего оборудования.

Известно также устройство для визуализации акустических полей (патент США №4270388, G01H 29/00), содержащее акустооптическую ячейку с отражающей боковой поверхностью, источник когерентного оптического излучения, интерферометр, фотоприемник и систему для визуального отображения полученных фотоприемником сигналов. Часть светового пучка от источника когерентного оптического излучения направляют нормально через акустооптическую ячейку на отражающее зеркало, расположенное на ее боковой поверхности. Световой пучок дифрагирует на неоднородностях акустического поля в фотоупругой среде акустооптической ячейки. После акустооптического взаимодействия отраженный от зеркала нулевой порядок дифрагированного пучка содержит информацию об изменении фазы и амплитуды акустического поля в акустооптической ячейке. Вторая часть светового пучка от источника когерентного оптического излучения падает на вибрирующее зеркало интерферометра и отражается от него. Обе части светового пучка складываются и подаются на фотоприемник, с которого сигнал поступает в систему для визуального отображения полученных фотоприемником сигналов.

Недостаток устройства заключается в сложности получения изображения акустических полей и необходимости использования технически сложного и дорогостоящего оборудования.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство визуализации на основе брэгговской дифракции (патент США №3488438, H04N 3/16). Устройство содержит источник когерентного оптического излучения, акустооптическую ячейку Брэгга, оптические системы для формирования падающего на ячейку светового пучка и обработки дифрагированного пучка света, а также устройство регистрации изображения объекта. Визуализируемый объект помещается в упругую среду акустооптической ячейки Брэгга, просвечиваемой падающим лучом источника когерентного оптического излучения. Дифрагированный на отраженных от объекта волнах акустического поля пучок света с помощью оптической системы формирует изображение в устройстве регистрации изображения объекта.

Несмотря на относительную простоту конструкции, существенным недостатком данного устройства является значительный астигматизм изображения, что ухудшает разрешающую способность устройства. Кроме того, это устройство обладает малой светосилой, так как в процессе акустооптического взаимодействия участвует лишь малая часть излучаемого акустического поля объекта.

Задачей заявляемого изобретения является получение яркого стигматического изображения при визуализации акустических полей от микрообъектов.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для визуализации пространственно-неоднородных акустических полей от микрообъектов, содержащем акустооптическую ячейку Брэгга, источник когерентного оптического излучения, оптические системы для формирования, падающего на ячейку Брэгга светового пучка и обработки дифрагированного в ячейке светового пучка, а также устройство регистрации изображения объекта, акустооптическая ячейка Брэгга образована последовательно акустически соединенными первым и вторым звукопроводами с различными значениями скорости распространения акустических волн, торцевые сопряженные поверхности звукопроводов имеют сферическую форму одинакового радиуса с центром кривизны, расположенным на продольной оси звукопроводов, при этом сферическая поверхность первого звукопровода выполнена вогнутой, а второго звукопровода - выпуклой для случая, когда скорость распространения акустической волны в первом звукопроводе больше скорости распространения акустической волны во втором звукопроводе, и наоборот, если скорость распространения акустической волны в первом звукопроводе меньше скорости распространения акустической волны во втором звукопроводе, то сферическая поверхность первого звукопровода выполнена выпуклой, а второго звукопровода - вогнутой, акустооптическое взаимодействие осуществляется во втором звукопроводе, а изучаемый акустический объект располагается на плоской торцевой поверхности первого звукопровода, причем расстояние от вершины сферической до плоской торцевой поверхности первого звукопровода составляет величину

где R - радиус кривизны сферических сопряженных торцевых поверхностей звукопроводов, ν₁ - скорость распространения акустической волны в первом звукопроводе, ν₂ - скорость распространения акустической волны во втором звукопроводе.

Оптическая система обработки дифрагированного в акустооптической ячейке светового пучка содержит сферическую и две взаимно перпендикулярные цилиндрические линзы, при этом устройство, регистрирующее изображение объекта, располагается в фокальной плоскости сферической линзы, а местоположение цилиндрических линз подбирается в процессе настройки устройства визуализации.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами: фиг.1 - общая схема заявляемого устройства визуализации акустических полей, фиг.2 - схема получения изображения в виде двух точек от двух пространственно разделенных точек акустического объекта, фиг.3 - схематическое изображение многоэлементного пьзоэлектрического преобразователя, использованного в качестве примера акустического объекта, фиг.4 - фотография второго, выполненного в форме спирали, электрода многоэлементного преобразователя с 15-кратным увеличением, фиг.5 - фотография полученного с помощью предлагаемого устройства изображения фрагмента акустического поля, возбуждаемого указанным пьезопреобразователем.

Позициями на чертежах обозначены: 1 - акустооптическая ячейка Брэгга, 2 - первый звукопровод, 3 - второй звукопровод, 4 - сопряженные сферические поверхности первого и второго звукопроводов, 5 - квазиплоская акустическая волна, 6 - падающий на ячейку Брэгга световой пучок, 7 - оптическая система формирования падающего на ячейку Брэгга светового пучка, 8 - источник когерентного оптического излучения, 9 - изучаемый акустический объект, 10 - плоская торцевая поверхность первого звукопровода, 11 - дифрагированный пучок света, 12 - оптическая система обработки дифрагированного в ячейке светового пучка, 13 - устройство регистрации изображения объекта, 14 и 15 - две пространственно разделенные точки акустического объекта, 16 и 17 - две пространственно разделенные точки изображения объекта, 18 - общий электрод преобразователя в виде тонкой металлической пленки, 19 - пьезоэлектрический слой, 20 - контактные площадки второго электрода многоэлементного преобразователя.

Предлагаемое устройство для визуализации пространственно-неоднородных акустических полей от микрообъектов (фиг.1) включает источник когерентного оптического излучения 8, оптическую систему формирования 7 падающего на ячейку Брэгга светового пучка, акустооптическую ячейку Брэгга 1, оптическую систему обработки 12 дифрагированного в ячейке светового пучка и устройство регистрации изображения объекта 13. Акустооптическая ячейка Брэгга 1 образована последовательно акустически соединенными первым и вторым звукопроводами 2 и 3 с различными значениями скорости распространения акустических волн в них, торцевые сопряженные поверхности 4 звукопроводов 2 и 3 имеют сферическую форму одинакового радиуса R с центром кривизны, расположенным на продольной оси звукопроводов 2 и 3. При этом торцевая сферическая поверхность 4 первого звукопровода 2 является вогнутой, а второго звукопровода 3 - выпуклой для случая, когда скорость распространения акустической волны в первом звукопроводе 2 больше скорости распространения акустической волны во втором звукопроводе 3. Этот случай показан на фиг.1. Случай, когда скорость распространения акустической волны в первом звукопроводе 2 меньше скорости распространения акустической волны во втором звукопроводе 3 и торцевая сферическая поверхность 4 первого звукопровода 2 является выпуклой, а второго звукопровода 3 - вогнутой, на фиг.1 не показан. Сферическая поверхность 4 сопряжения двух звукопроводов 2, 3 с различными скоростями акустических волн в них является акустической линзой с фокусным расстоянием, определяемым из выражения:

где R - радиус кривизны сферических сопряженных торцевых поверхностей 4 звукопроводов 2 и 3, ν₁ - скорость распространения акустической волны в первом звукопроводе 2, ν₂ - скорость распространения акустической волны во втором звукопроводе 3. Расстояние d от вершины сферической до плоской торцевой поверхности 10 первого звукопровода 2 равно фокусному расстоянию акустической линзы F. Оптическая система формирования 7 падающего на акустооптическую ячейку Брэгга светового пучка включает или цилиндрическую линзу, ось которой перпендикулярна плоскости, образованной продольной осью звукопроводов и осью направления излучения оптического когерентного источника, или дефлектор, плоскость сканирования светового пучка которого совпадает с плоскостью, образованной продольной осью звукопроводов и осью направления излучения оптического когерентного источника. Оптическая система обработки 12 дифрагированного пучка в простейшем случае состоит из сферической оптической линзы или из двух скрещенных под углом 90° цилиндрических оптических линз и сферической оптической линзы. Устройство регистрации 13 изображения объекта 9 может быть выполнено в виде экрана или фотоприемника, в качестве которого, например, может быть использована плоская ПЗС матрица, а сигнал с нее обрабатывается на компьютере и выводится на экран его монитора.

Устройство работает следующим образом. Изучаемый акустический объект 9 располагают на плоской торцевой поверхности 10 первого звукопровода 2. Каждая точка акустического объекта 9 создает в упругой среде первого звукопровода 2 расходящуюся сферическую акустическую волну, которая, пройдя сферическую границу раздела 4 звукопроводов 2 и 3, преобразуется в квазиплоскую акустическую волну 5 во втором звукопроводе 3. При этом каждой точке акустического объекта 9 соответствует свое направление распространения квазиплоской акустической волны 5 во втором, обладающем фотоупругими свойствами звукопроводе 3 (см. фиг.2). Световой пучок 6, сформированный оптической системой формирования 7 излучения оптического когерентного источника 8 падает на звукопровод 3, в котором происходит акустооптическое взаимодействие светового пучка 6 с квазиплоскими акустическими волнами 5. В результате акустооптического взаимодействия образуется дифрагированный пучок света 11. Необходимость выполнения условия Брэгга, заключающегося в том, что для осуществления эффективного акустооптического взаимодействия свет должен падать на акустическую волну под определенным углом, зависящим от длины световой и акустической волн, приводит к тому, что каждой квазиплоской акустической волне 5 данной частоты соответствует свой квазиплоский пучок дифрагированного света 11. Дифрагированный пучок света 11, несущий информацию об акустическом объекте 9, падает на оптическую систему обработки 12 дифрагированного светового пучка, которая в простейшем случае состоит из сферической линзы и формирует изображение акустического объекта 9 в устройстве регистрации изображения 13, расположенном в фокальной плоскости сферической линзы системы 12. При этом каждой точке акустического объекта (14, 15) соответствует своя точка изображения (16, 17) (фиг.2). Таким образом, образуется яркое стигматическое изображение объекта 9. В общем случае полученное в устройстве изображение является анаморфотным, т.е. масштабы изображения в продольном и поперечном направлении оказываются разными. Коэффициент анаморфозы зависит от физических параметров фотоупругой среды и условий акустооптического взаимодействия. Поэтому с целью исправления анаморфотности и получения изображения приемлемого качества дифрагированные пучки света кроме сферической линзы оптической системы обработки 12 дополнительно обрабатываются с помощью двух скрещенных под углом 90° цилиндрических линз, местоположение которых подбирают в процессе настройки устройства визуализации.

Для экспериментальной проверки работоспособности предлагаемого устройства был изготовлен макет устройства визуализации. Акустооптическая ячейка Брэгга образована двумя звукопроводами из сапфира (α-Al₂O₃) (первый звукопровод) и ниобата лития (LiNbO₃) (второй звукопровод) с сопряженными сферическими торцевыми поверхностями, образующими акустическую линзу с фокусным расстоянием 14 мм. Соединение звукопроводов осуществлялось с использованием клея, вносящего малые акустические потери. Роль акустического объекта выполнял электроакустический преобразователь в виде медной спирали, прижатой к свободной поверхности пьезоактивной пленки оксида цинка, нанесенной на металлизированную медью плоскую торцевую грань кристалла сапфира. На фиг.3 представлено схематичное изображение такого многоэлементного пьзоэлектрического преобразователя. Увеличенное в 15 раз изображение спирального электрода преобразователя показано на фиг.4. Уплощенная средняя часть витков, которая собственно и является контактными площадками второго электрода, выглядит на фиг.4 более светлой, поскольку эти участки витков были предварительно сошлифованы до половины диаметра провода, а затем отполированы и поэтому лучше отражают свет, чем их остальная часть. Электрод содержал 13 элементов размерами 600×90 мкм², расположенных с периодом 220 мкм. При подаче на пъезопреобразователь электромагнитного СВЧ сигнала мощностью 2 Вт на частоте 1,4 ГГц, в сапфире возбуждалась продольная упругая волна, имеющая скорость ν₁=11,3·10³ м/с. Каждой точке акустического источника, расположенного в фокальной плоскости акустической линзы, в кристалле LiNbO₃ соответствовала квазиплоская продольная упругая волна, распространяющаяся со скоростью ν₂=6,57·10³ м/с преимущественно в направлении оси X. Направление распространения излучения He-Ne лазера (λ₀=632,8 нм) составляло угол 36° с осью Y. Кристалл LiNbO₃ освещался сходящимся пучком когерентного оптического излучения, формируемым цилиндрической линзой с фокусным расстоянием 160 мм. Угловой спектр дифрагированного во втором звукопроводе когерентного оптического излучения регистрировался в фокальной плоскости варифокального фурье-преобразующего объектива (тип NATONAL CCTV ZOOM LENS 12.5-75 mm) цифровой системы ввода изображения VS-CTT 075-2000. Полученное изображение фрагмента акустического объекта показано на фиг.5. На фотографии хорошо виден отличающийся по интенсивности от элемента к элементу неоднородный характер акустического поля, возбуждаемого преобразователем. Поскольку интенсивность акустического поля от пьезопреобразователя пропорциональна интенсивности электрического поля в нем, то изображение указывает на неоднородный характер электрического поля по длине преобразователя. Взятый в качестве акустического объекта спиральный пьезопреобразователь являлся преобразователем бегущей волны, и к его выходу умышленно не была подключена согласованная нагрузка, поэтому в системе преобразователя формировалась стоячая электромагнитная волна, образованная прямой и отраженной от рассогласованного выхода волнами. Распределение интенсивности стоячей волны по длине преобразователя от элемента к элементу хорошо иллюстрируется полученным с помощью предлагаемого устройства изображением акустического поля.

1. Устройство для визуализации пространственно-неоднородных акустических полей от микрообъектов, содержащее акустооптическую ячейку Брэгга, источник когерентного оптического излучения, оптические системы для формирования падающего на ячейку Брэгга светового пучка и обработки дифрагированного в ячейке светового пучка, а также устройство регистрации изображения объекта, отличающееся тем, что акустооптическая ячейка Брэгга образована последовательно акустически соединенными первым и вторым звукопроводами с различными значениями скорости распространения акустических волн, торцевые сопряженные поверхности звукопроводов имеют сферическую форму одинакового радиуса с центром кривизны, расположенным на продольной оси звукопроводов, при этом сферическая поверхность первого звукопровода выполнена вогнутой, а второго звукопровода - выпуклой для случая, когда скорость распространения акустической волны в первом звукопроводе больше скорости распространения акустической волны во втором звукопроводе, и наоборот, если скорость распространения акустической волны в первом звукопроводе меньше скорости распространения акустической волны во втором звукопроводе, то сферическая поверхность первого звукопровода выполнена выпуклой, а второго звукопровода - вогнутой, акустооптическое взаимодействие осуществляется во втором звукопроводе, а изучаемый акустический объект располагается на плоской торцевой поверхности первого звукопровода, причем расстояние от вершины сферической до плоской торцевой поверхности первого звукопровода составляет величину ,
где R - радиус кривизны сферических сопряженных торцевых поверхностей звукопроводов, ν₁ - скорость распространения акустической волны в первом звукопроводе, ν₂ - скорость распространения акустической волны во втором звукопроводе.

2. Устройство для визуализации по п.1, отличающееся тем, что оптическая система обработки дифрагированного в акустооптической ячейке светового пучка содержит сферическую и две взаимно перпендикулярные цилиндрические линзы, при этом устройство, регистрирующее изображение объекта, располагается в фокальной плоскости сферической линзы, а местоположение цилиндрических линз подбирается в процессе настройки устройства визуализации.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники. .

Способ контроля наличия акустических колебаний // 2450249

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к акустическим измерениям, и может быть использован при контроле наличия акустических колебаний при работе акустических приборов ультразвуковой частоты.

Устройство для дистанционного измерения вибрационных параметров объекта // 2447410

Изобретение относится к области виброметрии широкого класса объектов. .

Индикатор ультразвука // 2446384

Изобретение относится к технике обработки и отображения информации и может быть использовано для отображения различной информации. .

Способ идентификации источников шума транспортного средства // 2439528

Изобретение относится к технической акустике. .

Способ исследования колебаний // 2415387

Изобретение относится к области оптической виброметрии и может быть использовано в оптическом приборостроении, лазерной флоуметрии, разработке устройств для измерения расхода жидкостей и газов.

Датчик вибраций и перемещений // 2396524

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и регистрации механических колебаний различных объектов, оборудования и сооружений, например на атомных электростанциях, а также на объектах с вредными условиями труда.

Способ измерения параметров вибрации объекта // 2395792

Изобретение относится к измерительной технике. .

Способ измерения амплитуды колебаний стержневой ультразвуковой колебательной системы // 2386112

Изобретение относится к разделу измерительной техники, используемой в ультразвуковых технологиях, - к бесконтактной виброметрии и может быть применено для калибровки и настройки ультразвуковых технологических и медицинских аппаратов, а именно для измерения амплитуды и размаха колебаний рабочих элементов (наконечников) ультразвуковых систем, применяемых для интенсификации технологических процессов, размерной обработки хрупких и особо твердых материалов, для выполнения граверных работ, а также для медицинских целей (хирургические операции, процедуры липосакции, точечный и зональный массаж и др.).

Способ измерения резонансных частот // 2377509

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля качества микромеханических элементов. .

Распределенная волоконно-оптическая система регистрации виброакустических сигналов // 2485454

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться для регистрации вибраций, шумов и акустических сигналов

Способ измерения амплитуды колебаний // 2490607

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к виброметрии, и может быть использовано для измерения амплитуды механических колебаний поверхностей твердых тел в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот, в частности для измерения амплитуды колебаний многополуволновых излучателей переменного сечения ультразвуковых колебательных систем, используемых в составе аппаратов, предназначенных для интенсификации технологических процессов

Дистанционный вибродатчик // 2494356

Изобретение относится к технике преобразования вибрационных сигналов и может быть использовано в технических системах обнаружения и контроля вибраций объектов. Дистанционный вибродатчик содержит источник излучения, двухэлементный фотоприемник и вычитающее устройство, входы которого соединены с выходами элементов фотоприемника. Дополнительно в дистанционный вибродатчик введена оптическая фокусирующая система, расположенная перед источником излучения и обеспечивающая минимизацию поперечных размеров отраженного луча в месте приема. Технический результат - повышение чувствительности и увеличение дальности действия аппаратуры для обнаружения и контроля вибраций объектов. 2 ил.

Устройство для визуализации акустического поля в оптически отражающей упругой поверхности // 2505806

Изобретение может использоваться для неразрушающего контроля материалов. Устройство содержит лазер, делитель, первую и вторую линзы и последовательно соединенные генератор ультразвуковой частоты и пьезокерамический излучатель, находящийся в емкости, в которой также размещены на одной линии с излучателем исследуемый образец и собирающая акустическая линза. Стенка емкости в направлении образца от излучателя выполнена оптически отражающей. Емкость выполнена герметичной и наполнена инертным газом под давлением, обеспечивающим минимум переотражений на границах сред образца и газа. Оптически отражающая поверхность выполнена из двух оптически прозрачных тонких и прочных стенок, между которыми тонким слоем находится ртуть. Лазер при записи звукового изображения работает в ждущем импульсном режиме. Один из расщепленных делителем пучков лазера коллимируется первой линзой и далее, отражаясь от оптически отражающей упругой поверхности емкости, падает на голографическую пластину, а второй пучок коллимируется второй линзой и падает на ту же поверхность голографической пластины, формируя голографическую интерферограмму. Технический результат - повышение разрешающей способности устройства, увеличение его помехозащищенности и повышение простоты контроля. 1 ил.

Способ определения амплитуды нановибраций по сигналу лазерного автодина // 2507487

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерений вибраций. Способ измерения амплитуды нановибраций ξ заключается в том, что освещают объект лазерным излучением, преобразуют отраженное от него излучение в электрический (автодинный) сигнал, раскладывают сигнал в спектральный ряд и измеряют значение амплитуды гармоники Sx на частоте колебания объекта Ω. При этом на объект накладывают дополнительные механические колебания на частоте Ω1 с минимальной амплитудой, измеряют максимальное значение гармоники S1max, на частоте Ω1 при увеличении амплитуды дополнительных механических колебаний, увеличивают амплитуду дополнительных механических колебаний до появления на автодинном сигнале интерференционных максимумов и минимумов на выделенном участке времени между точками, соответствующими крайним положениям смещения объекта, вычисляют отношение времени убывания tdec автодинного сигнала ко времени его нарастания tinc на выделенном участке времени. В том случае, если значение tdec/tinc больше 1, то вычисляют tinc/tdec, по зависимости tdec/tinc(C) или tinc/tdec(C) определяют уровень внешней оптической обратной связи С, вычисляют Sx/S1max, по зависимости S1/S1max(ξ, S) при определенном ранее С находят ξ. Технический результат изобретения - повышение точности измерения амплитуд нановибраций. 17 ил., 1 табл.

Волоконно-оптическая система и способ измерения множественных параметров турбомашинной системы // 2513646

Система содержит источник света для передачи света на поверхность вала через множество пучков оптических волокон, расположенных во множестве местоположений вблизи поверхности в по существу аксиальном направлении между концами по меньшей мере одного вала; высокотемпературный зонд отражения на основе пучка волокон для обнаружения света, отраженного от поверхности вала, механизм измерения для определения крутящего момента или вибрации на валу. Вал содержит механизм кодирования, выполненный посредством измененной текстуры в виде клиновидной канавки на поверхности вала, путем изменения глубины поверхности. Глубина клиновидной канавки обеспечивает сигнал передней рабочей точки и сигнал задней рабочей точки таким образом, что соответствующая временная задержка может быть обнаружена из любого из двух местоположений клиновидной канавки для определения значения угла закручивания вала путем дифференцирования их характеристик шаблона отражения в течение каждого цикла вращения. Технический результат - повышение надежности измерения статического и динамического крутящего момента, линейных и нелинейных вибраций на вращающихся валах. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 24 ил.

Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта // 2516346

Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта содержит непрерывный полупроводниковый лазер, оптический модулятор, предназначенный для формирования периодической последовательности прямоугольных импульсов длительностью в диапазоне от 50 нс до 500 нс и частотой следования от 200 Гц до 50 кГц, чувствительный элемент в виде волоконно-оптического кабеля, узел ввода оптического излучения в чувствительный элемент и вывода рассеянного излучения, фотоприемник, предназначенный для преобразования рассеянного оптического излучения в электрический сигнал, и узел обработки сигнала с процессором, при этом непрерывный полупроводниковый лазер снабжен брэгговским селективным отражателем с возможностью сужения полосы непрерывного излучения лазера до уровня менее 100 кГц, а оптический модулятор выполнен в виде акустооптического модулятора на бегущей акустической волне с возможностью формирования периодической последовательности прямоугольных импульсов с коэффициентом гашения К≥10×lg(T×f), где Т - длительность импульса, f - частота следования. Техническим результатом от применения изобретения является повышение дальности действия, чувствительности и разрешающей способности устройства. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Распределенный датчик акустических и вибрационных воздействий // 2532562

Изобретение относится к области распределенных измерений, а именно к распределенным датчикам акустических и вибрационных воздействий. В распределенном датчике акустических и вибрационных воздействий, содержащем чувствительный элемент в виде волоконно-оптического кабеля и оптически соединенный с ним через оптический интерфейс когерентный фазочувствительный оптический рефлектометр, содержащий оптически соединенные с интерфейсом источник периодической последовательности оптических импульсов и приемник рассеянного излучения с фотодетектором, предназначенный для преобразования рассеянного оптического излучения в электрический сигнал, подаваемый в блок обработки, причем источник периодической последовательности оптических импульсов и блок обработки электрически соединены с блоком управления и синхронизации, а источник периодической последовательности оптических импульсов и/или приемник рассеянного излучения выполнен многоканальным с числом каналов не менее двух и с возможностью регистрации рефлектограмм, формирующихся в каждом из каналов, приемник рассеянного излучения содержит неравноплечный интерферометр Маха-Цендера или Майкельсона с фарадеевскими зеркалами, при этом интерферометр имеет не менее двух выходных каналов, каждый из которых соединен с фотодетектором, а блок управления и синхронизации выполнен с возможностью обеспечения разделения и независимой обработки сигналов с каждого из выходных каналов интерферометра. Техническим результатом изобретения является повышение гарантированной чувствительности и дальности действия распределенного датчика акустических и вибрационных воздействий. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ измерения вибраций // 2535237

Изобретение относится к измерительной технике. На исследуемый объект наносят светоотражающие метки круглой формы. Формируют бинарные изображения меток и следов их вибрационного размытия. При отсутствии вибраций определяют координаты центра тяжести каждой метки, ее площадь и по площади ее радиус. Формируют две дополнительные матрицы, каждая из которых состоит из фрагментов, координаты центра тяжести каждого из которых совмещают с координатами центра тяжести соответствующей метки. Для каждой метки формируют области пересечения, подсчитывают общее количество областей пересечения метки и количество областей пересечения метки, центры тяжести которых совпадают с центром тяжести метки, определяют координаты центров тяжести областей пересечения метки, которые не совпадают с центром тяжести метки, и среди них находят тот, расстояние от которого до центра тяжести метки максимально, фиксируют его как центр тяжести наиболее удаленной от метки ее области пересечения. Полуширину следа вибрационного размытия метки определяют как произведение количества областей пересечения метки, центры тяжести которых совпадают с центром тяжести метки, и ширины кольца. Направление проекции вектора амплитуды виброперемещения метки определяют как угол наклона отрезка прямой, соединяющего центр тяжести метки с центром тяжести наиболее удаленной от него ее области пересечения. Величину этой проекции определяют как разность между длиной этого отрезка и полушириной следа вибрационного размытия метки. Технический результат - расширение функциональных возможностей. 4 ил.

Способ измерения вибраций // 2535522

Изобретение относится к измерительной технике. На исследуемый объект в качестве тест-объекта наносят светоотражающие метки круглой формы. Формируют бинарные изображения этих меток и следов их вибрационного размытия. При отсутствии вибраций определяют координаты центра тяжести каждой метки, ее радиус. При наличии вибраций формируют дополнительную матрицу, каждый фрагмент которой представляет собой соответствующий след вибрационного размытия метки, повернутый на 90° относительно центра тяжести метки. Для каждой метки формируют по две области непересечения, каждая из которых представляет собой область связанных элементов, принадлежащих следу вибрационного размытия метки, но не принадлежащих соответствующему ей фрагменту дополнительной матрицы. Определяют координаты центров тяжести областей непересечения метки. Из центра тяжести каждой метки через центр тяжести одной из ее областей непересечения проводят направляющий луч этой метки. Определяют координаты двух характеристических точек метки. Полуширину следа вибрационного размытия метки определяют как разность между расстоянием от центра тяжести этой метки до ее первой характеристической точки. Величину проекции вектора амплитуды виброперемещения метки определяют как разность между полушириной следа вибрационного размытия этой метки и ее радиусом. Направление этой проекции определяют как угол наклона направляющего луча метки в плоскости изображения. Технический результат - расширение функциональных возможностей. 7 ил.