SU939934A2 - Device for measuring vibrations - Google Patents

Description

1one

Изобретение относитс  к контро/ТБ |но-измерительной технике, в частное ти к приборам дл  измерени  параметров механических вибраций.The invention relates to a counter / TB | measurement technique, in particular, to instruments for measuring mechanical vibration parameters.

По основному авт. св. СССР fP 811072 известно.устройство дл  измерени  вибраций, которое содержит последовательно установленные монохроматический источник излучени  и объектив, последовательно установленные диафрагму , светофильтр, фотоприемник и регистрирующую систему, второй объектив и решетку, жестко св занную с вибратором и установленную между источником излучени  и первым объективом отражающим покрытием непрозрачных штрихов к объективу, а второй объектив размещен в ходе отраженного от решетки излучени , перед диафрагмой d.According to the main author. St. USSR fP 811072 is known. A device for measuring vibrations, which contains successively installed monochromatic radiation source and lens, successively installed aperture, light filter, photoreceiver and recording system, a second lens and a grating rigidly connected to the vibrator and installed between the radiation source and the first objective reflecting covering the opaque strokes to the lens, and the second lens is placed in the course of the radiation reflected from the array, in front of the diaphragm d.

В известном устройстве на поверхности исследуемого объектива реализуетс  распределение освещенности в виде двух или трех пространственноIn the known device on the surface of the lens under investigation, the distribution of illumination is realized in the form of two or three spatial

разнесенных световых п тен (двухлучевое или трехлучевое освещение, что принципиально не позвол ет отличить установившиес  поперечные колебани  поверхности от бегущих волн, что сказываетс  на точности измерений .separated light spots (two-beam or three-beam illumination, which in principle does not allow one to distinguish the steady-state transverse oscillations of the surface from traveling waves, which affects the accuracy of measurements.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  вибраций.The purpose of the invention is to improve the accuracy of vibration measurements.

10ten

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство снабжено последовательно установленными между источником излучени  и решеткой фокусирующей линзой, дво колучепреломл ю15 щим кристаллом и коллимирующей линзой , анализатором, расположенным между вторым объективом и диафрагмой, последовательно размещенными на выходе потока излучени  от анализатора The goal is achieved by the fact that the device is equipped with a focusing lens sequentially installed between the radiation source and the array, a double refractive crystal and a collimating lens, an analyzer located between the second objective and the diaphragm, sequentially placed at the output of the radiation flux from the analyzer

20 вторыми диафрагмой, светофильтром и фотоприемником и фазометром, соединенным отходами -с выходом соответствующего фотоприемника.20 second diaphragm, light filter and photoreceiver and phase meter connected by waste - with the output of the corresponding photodetector.

На чертеже приведена блок-схема устройства.The drawing shows a block diagram of the device.

Устройство содержит высокомонохроматический источник излучени  света , например стабилизированный по амплитуде и частоте газовый лааер, фокусирующую линзу 2, дво колучепреломл ющий кристалл, например пластину 3 из кристалла кальцита, коллимируощую линзу , дифракционную решетку 5 с чередующимис  зеркально отражающими и пропускающими штрихами, объектив 6. Объект исследовани  7 помещаетс  в задней фокальной плоскости объектива 6, решетка 5 - в передней. Второй (Объектив 8 расположен в ходе отраженного от решетки излучени  перед анализатором 9, который служит дл  пространственного разделени  рассе нного света по пол ризаци м. В ка;местве анализатора 9 можно использовать модифицированную призму Франка1риттера . В состав устройства также вход т диафрагмы 10 и 11, интерфе-; ренционные светофильтры 12 и 13 на длину волны света источника 1 фотоприемники 1 и 15. Дл  измерени  сдвига фаз выходных сигналов фотоприемников ( первых гармоник сигнала ) примен етс  фазометр 16. Решетка 5 жестко св зана с вибратором 17, зеркальное покрытие штрихов решетки 5 обращено в сторону объектива 8.The device contains a highly monochromatic light source, such as a gas laer stabilized in amplitude and frequency, a focusing lens 2, a double refractive crystal, for example, a calcite crystal plate 3, a collimating lens, a diffraction grating 5 with alternating specularly reflecting and transmissive strokes, an objective 6. Study 7 is placed in the rear focal plane of the lens 6, the grating 5 is placed in the front. The second one (Lens 8 is located in the course of radiation reflected from the grating in front of the analyzer 9, which serves for the spatial separation of scattered light by polarizations. As a analyzer 9 you can use a modified Ritter prism. The device also includes apertures 10 and 11 , interference light filters 12 and 13 for the wavelength of the light of source 1 photodetectors 1 and 15. A phase meter 16 is used to measure the phase shift of the output signals of the photodetectors (first signal harmonics) Rathore 17, mirror coating grating grooves 5 faces the lens 8.

Дл  измерени  амплитуд вибраций к фотоприемникам И и 15, следует подключать регистрирующую систему (на чертеже не указана).To measure the amplitudes of vibrations to the photodetectors, And and 15, you must connect a recording system (not shown).

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Плоскопол ризованный луч от источника 1, проход  через линзу 2, падает на пластину 3, изготовленную из кристалла кальцита. Луч падает нормально естественной грани кристалла. Из пластины 3 выход т два луча, пол ризованные во взаимно ортогональных плоскост х, которые коллимируютс  линзой . Таким образом, на дифракционную решетку 5 падают две плоские волны разной пол ризации под некоторым углом друг к другу. На поверхности исслеДуемого объектива 7, расположенного в задней фокальной плоскости объектива 6, реализуетс  распределение освещенности, представл ющее собой спектры Фурье решетки 5, смещенные относительно друг друга на величину, завис щую от толщины пластинц 3 и фокусного рассто ни  линз 2 .и f и объектива 6.A plane-polarized beam from source 1, a passage through lens 2, falls on a plate 3 made of calcite crystal. The beam falls normally on the natural face of the crystal. Two beams emerge from plate 3, polarized in mutually orthogonal planes that are collimated by a lens. Thus, two plane waves of different polarization at a certain angle to each other are incident on the diffraction grating 5. On the surface of the lens under investigation 7, located in the rear focal plane of lens 6, the illumination distribution is implemented, which is the Fourier spectra of the array 5, displaced relative to each other by an amount depending on the thickness of the plates 3 and the focal length of the lenses 2 and f and the objective 6

На чертеже показаны направлени  лучей, формирующих составл ющие спектров нулевого пор дка. В случае гармонической решетки эти спектры имеют по три составл ющие: О и 1 дифракционные пор дки. Спектр Фурье пр моугольной решетки 5 имеет многоThe drawing shows the directions of the rays forming the components of the zero order spectra. In the case of a harmonic grating, these spectra have three components: O and 1 diffraction orders. The Fourier spectrum of a rectangular lattice 5 has many

пор дков. В этом случае высшие дифракционные максимумы могут быть перекрыты с помощью диафрагмы (маски , расположенной вблизи исследуемого объекта (на чертеже не указано). ТаКИМ образом, на рассеивающей поверхности можно выделить две пространственно разнесенные области, в каждой из которых реализуетс  распределение освещенности в виде трех световыхsince then. In this case, the highest diffraction peaks can be blocked by a diaphragm (a mask located near the object under study (not shown in the drawing). In this way, two spatially separated regions can be distinguished on the scattering surface, in each of which the light distribution is realized

п тен (трехлучевое освещение),причем излучение в каждой из указанных областей характеризуетс  разным направлением вектора пол ризации.spot (three-beam illumination), with radiation in each of these areas characterized by a different direction of the polarization vector.

В случае объекта с шероховатой поверхностью рассе нный свет образует в плоскости решетки 5 картину,  вл ющуюс  результатом наложени  двух случайных световых полей разной пол ризации . Каждое из этих полей представл ет собой спектр .(Структуру, промодулированную системой интерференционных полос Юнга. Частота полос совпадает с пространственной частотой дифракционной решетки, а их фаза в каждом элементе спектр-структуры случайна . Результирующее световое поле, отраженное штрихами решетки 5, проход  через объектив 8, попадает на анализатор 9, где происходит пространственное разделение исходныхIn the case of an object with a rough surface, the scattered light forms in the plane of the grating 5 a picture resulting from the superposition of two random light fields of different polarization. Each of these fields is a spectrum. (A structure modulated by a system of Young interference fringes. The frequency of the fringes coincides with the spatial frequency of the diffraction grating, and their phase in each element is a spectrum-structure random. The resulting light field reflected by grating lines 5, the passage through the lens 8, goes to the analyzer 9, where the spatial separation of the source

случайных полей по пол ризаци м. Плоскости расположени  фотоприемников 14 и 15 и дифракционной решетки 5  вл ютс  сопр женными по отношению к объективу 8, который позвол етrandom fields polarized. The planes of the photodetectors 14 and 15 and the diffraction grating 5 are mated with respect to the objective 8, which allows

также согласовывать размеры светового конуса, образованного рассе нным светом, с входным зрачком анализатора . Фотоприемники и 15 осуг. ществл ют преобразование измененийalso match the dimensions of the light cone formed by the scattered light with the entrance pupil of the analyzer. Photodetectors and 15 osug. there is a change conversion

светового потока в эквивалентные изменени  фототока.light flux into equivalent photocurrent changes.

Claims (1)

Поскольку малые поперечные гармонические возмущени  рассеивающей поверхности , длина волны которых гораздо больше рассто ни  между соседними пор дками в спектре 5i вызывают колебательное движение сие- . темы интерференционных полос относи5 тельно штрихов решетки 5, выходные сигналы фотоприемников И и 15 описывают характер возмущени  (изменение угла наклона) поверхности в област х локализации спектров. В случае установившихс  колебаний рассеивающей поверхности эти сигналы будут отличатьс  друг от друга. Указанный факт обусловлен различием в величинах измер емых углов.наклона поверхности в соответствующих област х и тем, что фотоприемники 1 и 15 могут быть настроены на п тна с разными фазами модулирующих полос. Последнее обсто тельство приводит к тому , что разность фаз сигналов (первых гармоник сигнала) может принимать значени  Ot Л . Когда поперечные возмущени  поверхности объекта 7 представл ют собой бегущую волну, направление рас пространени  которой совпадает с линией , соедин ющей центры освещенных областей, характеризующихс  разной пол ризациеи излучени , величина ра ности фаз сигналов с точностью до ± (определ етс  выражением Д X - ЛЧ 2J( где д X - рассто ние между центра ми областей; - длина возмущающей волны. Дл  устранени  неоднозначности результата измерений д необходимо потребовать выполнение т « Т следующих условий: Д X Таким образом, направление и скорость распространени  волны можно определить по знаку и величине разности Фаз сигналов, характеризую щих деформации поверхности в указанных област х. Дл  оценки амплитуд вибраций сиг , налы с выходов фотоприемников подаю на вход регистрирующей системы (на чертеже не указано). Использование таких элементов, как дво колучепреломл ющий кристалл с фокусирующей и коллимирующей линзами , а также анализатор, второй : фотоприемник и фазометр обеспечивает возможность регистрации поперечных бегущих поверхностных волн деформации , что позвол ет отличить установившиес  колебани  поверхности от бегущих волн, определить направление и скорость их распространени  , а также при необходимости измерить амплитуду и частоту, что в итоге приводит к повышению точности измерени  вибраций. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  вибраций по авт.св. № 811072, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  вибраций, оно снабжено последовательно установленными между источником излучени  и решеткой фокусирующей линзой , дво колучепреломл ющим кристаллом и коллимирующей линзой, анализатором , расположенным между вторым объективом и диафрагмой, последовательно размещенными на выходе потока излучени  от анализатора вторыми диафрагмой, светофильтром и фотоприемником .и фазометром, соединенным входами с выходом соответствующего фотоприемника. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе - 1. Авторское свидетельство СССР № 811072 по за вке № 27450+7/25-28, кл. G 01 В 11/00, 1979 (прототип).Since small transverse harmonic perturbations of the scattering surface, the wavelength of which is much longer than the distance between adjacent orders in the spectrum 5i, cause the oscillatory motion of this-. The topics of interference fringes with respect to the grating grooves 5, the output signals of the photodetectors I and 15 describe the nature of the perturbation (change of the angle of inclination) of the surface in the regions of localization of the spectra. In the case of established oscillations of the scattering surface, these signals will differ from each other. This fact is due to the difference in the magnitudes of the measured angles of inclination of the surface in the respective areas and the fact that the photodetectors 1 and 15 can be tuned to spots with different phases of the modulating bands. The latter circumstance leads to the fact that the phase difference of the signals (the first harmonics of the signal) can take the value Ot.. When the transverse perturbations of the surface of the object 7 are a traveling wave, the propagation direction of which coincides with the line connecting the centers of the illuminated regions characterized by different polarization of radiation, the magnitude of the phase difference of the signals with an accuracy of ± (determined by (where d X is the distance between the centers of the regions; is the length of the perturbing wave. To eliminate the ambiguity of the measurement result, it is necessary to require that the T "T of the following conditions be satisfied: D X Thus, the direction and soon The wave propagation can be determined by the sign and magnitude of the phase difference of the signals characterizing surface deformations in the indicated areas. To estimate the amplitudes of the vibrations of the signals, I feed the outputs of the photodetectors to the input of the recording system (not shown in the drawing). a lumen-refracting crystal with a focusing and collimating lenses, as well as an analyzer, the second: a photodetector and a phase meter provides the possibility of detecting transverse traveling deformation surface waves, which allows distinguish the steady-state fluctuations of the surface from traveling waves, determine the direction and speed of their propagation, as well as measure the amplitude and frequency, if necessary, which ultimately leads to an increase in the accuracy of vibration measurements. Claims of Invention A device for measuring vibrations according to ed. No. 811072, characterized in that, in order to improve the accuracy of vibration measurement, it is equipped with a focusing lens mounted successively between the radiation source and the grating, two dialing refractive crystals and a collimating lens, an analyzer located between the second lens and the diaphragm, successively placed at the output of the radiation flow from the analyzer by the second diaphragm, light filter and photoreceiver .and a phase meter connected by inputs to the output of the corresponding photodetector. Sources of information taken into account in the examination - 1. USSR Copyright Certificate No. 811072 according to Application No. 27450 + 7 / 25-28, cl. G 01 B 11/00, 1979 (prototype).