Cпосіб дистанційного виявлення вібрацій поверхні об’єкту

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для дистанционного обнаружения микровибраций. Известен способ спекл-интерферометрии обнаружения вибраций поверхностей, при котором объект облучают когерентным светом, вводят дифрагированный на объекте свет в телескоп, в который с помощью светоделительной пластинки, расположённой между линзами телескопа, вводится также опорный пучок и совместно с сигнальным лучом через окуляр направляется к наблюдателю. При наличии вибраций поверхности объекта сигнальные и опорные пуки образуют интерференционное изображение в виде спеклов, интенсивность которых зависит от характера вибраций [1]. Недостатком данного способа является низкая чувствительность. Наиболее близким по технической сущности и по достигаемому результату является способ дистанционного обнаружения вибраций поверхности объектов, заключающийся в том, что поток когерентного излучения делят на опорный и измерительный световые потоки, направляют измерительный поток на контролируемый объект, осуществляют взаимодействие отраженного от объекта измерительного светового потока и опорного светового потока, по результатам которого судят о наличии вибраций [2]. Недостатком известного способа является низкая чувствительность, особенно при малых интенсивностях зондирующи х сигналов, облучающих вибрирующий объект. При облучении когерентного излучением вибрирующей поверхности объекта по указанному способу, отраженные от нее сигналы модулированы по частоте. Индекс частотной модуляции зависит от соотношения амплитуды вибраций и длины волны зондирующих колебаний. При микровибрациях амплитуда их соизмерима с длиной волны облучающего излучения оптического диапазона и поэтому обнаружение микровибраций и определение их характеристик оказываются затруднительными. В основу изобретения поставлена задача создания способа дистанционного обнаружения вибраций поверхности объекта, в котором последовательным осуществлением когерентного, а затем частотного детектирования сфокусированного сигнала, отраженного от объекта, обеспечивается выделение сигнала, изменяющегося во времени в соответствии с часто той вибраций поверхности объекта, за счет чего происходит автоматическое определение спектра и характеристик частот микровибраций, что приводит к повышению точности обнаружения вибраций и расширению функциональных возможностей способа. Поставленная задача решается тем, что в способе дистанционного обнаружения вибраций поверхности объекта, заключающемся в том, что поток когерентного излучения делят на опорный и измерительный световые потоки, направляют измерительный поток на контролируемый объект, осуществляют взаимодействие отраженного объекта измерительного светового потока и опорного светового потока, по результатам которого судят о наличии вибрации, согласно изобретению, опорный световой поток делят на два ортогональных световых п учка, отраженный от объекта измерительный световой поток фокусируют и делят на два сигнальных световых п учка, осуществляют интерференцию соответствующи х сигнальных и опорных световых п учков, полученные низкочастотные интерференционные сигналы преобразуют в электрические сигналы, дифференцируют полученные сигналы и умножают продифференцированные сигналы на соответствующие им ортогональные компоненты, осуществляют вычитание перемноженных сигналов, по результатам которого судят о наличии и параметрах вибрации. Реализация заявляемого способа благодаря, последовательному осуществлению когерентного, а затем частотного детектирования сфокусированного сигнала, отраженного от объекта, позволяет выделить сигнал, изменяющийся во времени в соответствии с частотой вибрации поверхности объекта, и значительно повысить чувствительность способа. Заявляемый способ включает следующие операции: 1) когерентное излучение делят на два луча, один из которых является опорным; 2) опорный луч делят на два луча, фазы которых относительно друг друга сдвин уты на p / 2, образуя два ортогональных опорных колебания; 3) облучают поверхность объекта вторым лучом когерентного излучения; 4) принимают сигналы, отраженные от поверхности объекта; 5) фокусируют сигналы, отраженные от поверхности объекта; 6) сфокусированные сигналы делят на два луча; 7) когерентно детектируют сигнальные составляющие с помощью ортогональных составляющих опорных колебаний, выделяя ортогональные низкочастотные составляющие сигналов, отраженных от поверхности объекта; 8) производят частотное детектирование когерентнопродетектированных сигналов; 9) по сигналам, продетектированным по частоте, судят о наличии вибрации и осуществляют анализ ее спектра. Заявляемый способ может быть реализован с помощью устройства, блок-схема которого приведена на чертеже. Устройство реализующее способ, содержит блок 1 подсветки объекта, выполненный в виде источника 2 когерентного излучения, й расположенного по ходу светового потока полупрозрачного зеркала 3, предназначенного для разделения светового потока на опорный и измерительный потоки, блок 4 когерентного детектирования, выполненный в виде расположенных по ходу отраженного измерительного потока фокусирующего элемента 5 и первого полупрозрачного зеркала 6, предназначенного для разделения отраженного измерительного потока на два сигнальных пучка, расположенных по ходу первого сигнального пучка первого зеркала 7 и первого фотоприемника - фотодиода 8, расположенного по ходу второго сигнального пучка второго фотоприемника - фотодиода 9, расположенного по ходу опорного светового потока второго полупрозрачного зеркала 10, предназначенного для разделения опорного светового потока на два ортогональных световы х пучка, первый из которых оптически связан с первым фотоприемником 8, расположенных по ходу второго ортогонального светового пучка второго зеркала 11 и четвертьволновой пластины 12, оптически связанных с вторым фотоприемником 9, блок 13 частотного детектирования, выполненный в виде последовательно соединенных первой дифференцирующей цепочки 14, первой схемы 15 умножения и схемы 16 вычитания, последовательно соединенных второй дифференцирующей цепочки 17, вход которой соединен с выходом первого фотоприемника 8 и вторым входом первой схемы 15 умножения и второй схемы 18 умножения, второй вход которой соединен с выходом второго фотоприемника 9 и входом первой дифференцирующей цепочки 14, выход соединен с вторым входом схемы 16 вычитания, спектроанализатор 19, вход которого соединен с выходом схемы 16 вычитания. Устройство, реализующее способ, работает следующим образом. Когерентное излучение источника 2 когерентного излучения блока 1 подсветки объекта с помощью полупрозрачного зеркала 3 делят на два луча: одним из лучей облучают поверхность объекта; второй луч используют в качестве опорного, который делят на два луча с помощью полупрозрачного зеркала 10, один из лучей направляют на зеркало 11 и четвертьволновую пластинку 12, обеспечивая сдвиг фазы одного луча относительно другого на p / 2, два ортогональных опорных колебания подают на фотодиоды 8, 9, на которые подают и сигнальные колебания, которые сформированы разделением с помощью полупрозрачного зеркала 6 и зеркала 7 из сфокусированного с помощью фокусирующего элемента 5 сигнала, отраженного от объекта. Совместное воздействие на фотодиоды 8, 9 сигнальных и опорных ортогональных колебаний приводит к образованию на их выходах ортогональных низкочастотных составляющих сигналов, каждый из которых содержит информацию о вибрациях поверхностей исследуемого объекта. Для того, чтобы в явном виде получить информацию о частоте вибрации или спектре частот вибраций, необходима соответствующая обработка ортогональных компонент низкочастотных составляющих сигналов с вы хода фотодиодов 8, 9. Из анализа структуры сигналов следует вывод о том, что информация о вибрациях содержится в аргументах тригонометрических функций ортогональных компонент. Для того, чтобы выделить эту информацию, ортогональные составляющие с выходов фотодиодов 8, 9 в блоке 13 частотного детектирования с помощью дифференцирующи х цепочек 14, 17 дифференцируются по времени. После дифференцирования сигнал с выхода дифференцирующей цепочки 14 перемножается с ортогональной компонентой сигнала с выхода фотодиода 8 в схеме 15 умножения. Производные с выхода ди фференцирующей цепочки 17 перемножаются с ортогональной компонентой сигнала с выхода фотодиода 9 в схеме 18 умножения. Из образованных подобным образом произведений ортогональных компонент сигналов и их производных в схеме 16 вычитания образуют разность, представляющую собой функцию времени и частот вибраций. Для определения спектра частот и их характеристик разность произведений с выхода схемы 16 вычитания подают на спектроанализатор 19.