Спосіб вимірювання амплітуди коливань об’єкта, який обертається, та пристрій для його здійснення

Взаємозв'зана група винаходів належить до області контрольно-вимірювальної техніки і призначена для визначення амплітуди нормальних коливань об'єктів, які обертаються, методом лазерної інтерферометрії. Взаємозв'язана група винаходів може бути застосована, наприклад, для вібраційного дослідження лопаток турбін двигунів. Відомий спосіб для отримання голограм і інтерферограм об'єкта, який обертається, описаний в а.с.№1301170, МКИ G03H1/04, 1985, в якому формують освітлюючу об'єкт та опорну хвилі, встановлюють реєструючу середу в площині сфокусованого зображення об'єкта з можливістю обертання синхронно з обертанням об'єкта. Недоліком цього способу є необхідність подальшої обробки і інтерпретації цієї інтерферограми та неможливість вимірювання амплітуди коливань у реальному часі. Також відомий, вибраний як прототип, спосіб вимірювання амплітуди коливань(а.с. №1696890,МКИ G01H9/00, 07.12.1991., Бюл.45), згідно з яким когерентне випромінювання поділяють на два пучки, фокусують їх відповідно на досліджуєму та опорну поверхні, формують з хвиль, які відбиваються нормально, інтерфереційну картину та по зміні інтенсивності цієї картини у часі визначають амплітуду нормальних коливань. Недоліком способу-прототипу є неможливість визначення амплітуд коливань об'єктів, які обертаються. Відомий пристрій для отримання голограм і інтереферограм об'єкта, який обертається, описаний в (а.с. №1301170, МКИ G03Н1/04, 1985). Цей пристрій містить оптично зв'язані джерело когерентного випромінювання, канали формування освітлюючого, опорного та предметного пучків, реєструючу середу, яка встановлена в площині сфокусованого зображення об'єкта з можливістю обертання синхронно з обертанням об'єкта. Застосування цього пристрою для визначення амплітуд коливань об'єкта обмежені необхідністю подальшої інтерпретації отриманої інтерферограми та неможливістю вимірювань у реальному часі. Відомий також, вибраний як прототип, пристрій для вимірювання амплітуди коливань об'єкта (а.с. №1696890, МКИ G01Н9/00, 07.12.1991. Бюл.45), що містить, як і заявлений пристрій, джерело когерентного випромінювання, розташовані по ходу випромінювання на оптичній осі лінзу та світлоподілювач, що призначені для формування опорного, освітлюючого та вимірювального каналів, розташовану в опорному каналі опорну поверхню та встановлений у вимірювальному каналі фотоприймач і блок реєстрації, вхід якого електрично зв'язаний з виходом фотоприймача. Цей пристрій-прототип неможливо використовувати у випадку вимірювання амплітуди коливань об'єкта під час його обертання, тому що точка на досліджуваній поверхні об'єкта зміщується відносно освітлюючого променя. В основу першого із групи винаходів покладено задачу створення способу вимірювання амплітуди коливань об'єкту під час його обертання шляхом обертання освітлюючого променя синхронно з обертанням об'єкта відносно спільної осі, що забезпечує утворення у просторі реєстрації нерухомої інтерференційної картини та по зміні інтенсивності цієї картини з часом визначити нормальну складову амплітуди механічних коливань. В основу другого із групи винаходів покладено задачу створення пристрою для вимірювання амплітуди коливань об'єкта, який обертається, шляхом встановлення на оптичній осі під кутом 45° двох дзеркал з можливістю обертання синхронно з обертанням досліджуємого об'єкта відносно спільної осі і, тим самим, у площині реєстрації фотоприймача створити нерухому інтерференційну картину. Перша поставлена задача вирішується тим, що в способі вимірювання амплітуди коливань об'єкта, який обертається, згідно з яким поділяють когерентне випромінювання на два пучки, фокусують їх відповідно на досліджувану та опорну поверхні, формують з хвиль, які відбиваються нормально, інтерференційну картину та по зміні інтенсивності цієї картини з часом визначають нормальну складову амплітуду коливань. Згідно з винаходом, пучок, який освітлює досліджувану поверхню, обертають синхронно з обертанням об'єкта відносно спільної осі. Обертання освітлюючого пучка синхронно з обертанням об'єкта забезпечує нерухомість освітлюючого пучка відносно досліджуємої точки на поверхні об'єкта і можливість вимірювання амплітуди коливань об'єкта під час його обертання. Друга поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для вимірювання амплітуди коливань об'єкта, який обертається, що містить джерело когерентного випромінювання, лінзу і світлоподілювач, які розташовані на оптичній осі і призначені для формування опорного, освітлюючого та вимірювального каналів, розташовану в опорному каналі опорну поверхню, встановлений у вимірювальному каналі фотоприймач та блок реєстрації, вхід якого електрично зв'язаний з виходом фотоприймача, згідно з винаходом на оптичній осі розташовані під кутом 45° до неї дзеркала, які встановлені з можливістю обертання синхронно з обертанням досліджуємого об'єкта відносно спільної осі. Таке розташування двох дзеркал забезпечує обертання освітлюючого пучка синхронно з обертанням об'єкта, нерухомість досліджуємої точки відносно освітлюючого променя і можливість вимірювання амплітуди коливань об'єкта під час його обертання. На фіг.1 зображена схема пристрою для здійснення запропонованого способу. Пристрій для вимірювання амплітуди коливань об'єкта, який обертається, містить: джерело 1 когерентного випромінювання - лазер типу ЛГН-222, лінзу 2, світлоподілювач 3, нерухому опорну поверхню 4, дзеркала 5,6, які розташовані під кутом 45° до оптичної осі і встановлені з можливістю обертання синхронно з обертанням об'єкта 7 відносно спільної осі, фотоприймач 8 - фо топомножувач типу ФЕУ 85-8, ви хід якого електричне зв'язаний з входом блока реєстрації 9. Запропонований спосіб вимірювання амплітуди коливань об'єкта, який обертається, здійснюється таким чином. Випромінювання лазера 1 фокусується за допомогою лінзи 2, світлоподілювача 3 та дзеркал 5, 6 одночасно на опорну нерухому поверхню 4 та точку, яка здійснює нормальні коливання, на досліджуємої поверхні об'єкта 7. Тоді освітлююча хвиля фокусується постійно на одну точку досліджуємої поверхні. Якщо кут між оптичною віссю та дзеркалами 5, 6 не буде дорівнювати 45°, освітлююча хвиля буде зміщуватися по поверхні об'єкта під час обертання, тому точність вимірювань зменшується. Під час обертання об'єкта 7 синхронно з ним обертаються дзеркала 5,6, внаслідок чого освітлюючий пучок не зміщується відносно досліджуємої точки на поверхні. Встановлення дзеркал 5, 6 під кутом 45° до оптичної осі забезпечує паралельність освітлюючого пучка осі обертання об'єкта 7. Хвилі, які відбиваються від опорної 4 та досліджуємої 7 поверхні у просторі реєстрації фотоприймача 8 утворюють інтерференційну картину, інтенсивність якої та відповідна напруга з виходу фотоприймача 8 залежить від амплітуди an нормальних коливань: é 2p ù U(t ) = U 0 × cosê ×a × sin(2 × p × f × t + a ) + jú (1) n ël û де U0 - максимальна напруга електричного сигналу; l - довжина хвилі випромінювання лазера; f- частота механічних коливань; a - початкова фаза механічних коливань; j - початкова різниця фаз інтерферіруючих хвиль, яка встановлюється рівною p / 2 .