ЦИФРОВОЕ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ВИБРАЦИЙ

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для определения форм колебаний, измерения полей виброперемещений, вибродеформаций и виброускорения поверхностей конструкций.
Известен экспериментальный макет устройства, используемого для получения цифровых голограмм [Журнал «APPLIED OPTICS» №25, 2000 г., с.4582-4588]. Макет содержит лазер, акустооптический модулятор, устройство синхронизации стробирующих импульсов с частотой возбуждения вибраций, генератор, устройство возбуждения вибраций в объекте, устройство фазового сдвига лазерного излучения, интерферометр с цифровой видеокамерой и два компьютера, один из которых управляет сдвигом фазы, а другой -регистрирует и обрабатывает цифровые голограммы.
Однако данное устройство невозможно применить для измерения многокомпонентных вибраций, т.к. отсутствует компьютерное управление процессом синхронизации я формирования стробирующих импульсов, что исключает применение сложных много-импульсных стробирующих последовательностей для измерения многокомпонентных вибраций.
Известен компьютеризированный стробоголографический комплекс (КСК), разработанный Калининградским государственным университетом, принятый за прототип [Рекламный проспект КГУ, 2001 г.]. КСК предназначен для анализа многокомпонентных периодических вибраций и содержит лазер, электрооптический модулятор лазерного излучения, голографический интерферометр с цифровой видеокамерой, компьютерную систему управления и контроля, усилитель управляющих импульсов, привод вращения исследуемого объекта, систему возбуждения колебаний в объекте и датчики вибраций и вращения.
В исследуемом вращаемом объекте возбуждают колебания с помощью компьютерной системы, управляющей системами возбуждения и вращения. Одновременно компьютерная
система принимает и обрабатывает сигналы датчиков возбуждения и вращения. Эти сигналы используются для создания управляющих сигналов на электрооптический модулятор. Лазерное излучение подают на электрооптический модулятор, который через усилитель управляется компьютерной системой. Серия лазерных импульсов, соответствующих одному строго определенному амплитудному положению объекта через интерферометр и систему зеркал освещает объект. При этом опорный и объектный лучи регистрируются цифровой видеокамерой, изображение передается в компьютерную систему и с помощью программы строится первая голограмма. Затем изменяют фазу вибрации объекта, на модулятор подают синхронизированную с ней другую серию импульсов и аналогичным образом регистрируют вторую голограмму. После этого осуществляют компьютерное построение интерферограммы, ее обработку и анализ.
Однако схема известного комплекса, как и аналога, содержит модулятор лазерного излучения, с помощью которого осуществляют стробирование лазерного излучения, стоимость модулятора при этом сопоставима со стоимостью лазера. В случае необходимости повышения мощности лазера электрооптическая модуляция вообще невозможна вследствие перегрева и разрушения кристалла модулятора, что ограничивает возможности применения известных схем при измерении многокомпонентных вибраций.
При создании полезной модели решалась задача расширения диапазона измерений, уменьшения стоимости устройства при одновременном улучшении качества полученных интерферограмм.
Поставленная задача решена за счет того, что в известном цифровом голографическом устройстве измерения многокомпонентных вибраций, содержащем лазер, голографический интерферометр с цифровой видеокамерой, компьютерную систему управления и контроля, включающую блок контроля и управления системами возбуждения вибраций и вращения, и датчики вибраций и вращения, в компьютерную систему управления и контроля введен блок синхронного управления цифровой видеокамерой, выход которого соединен с управляющим входом цифровой видеокамеры.
Введение блока синхронного управления цифровой видеокамерой позволяет исключить стробирование лазерного излучения за счет эффекта управляемого накопления заряда (экспозиции) в строго определенные моменты времени.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена схема устройства, на фиг.2 - диаграммы сигналов.
Цифровое голографическое устройство измерения многокомпонентых вибраций содержит излучающий лазер 1, топографический интерферометр 2, состоящий из светоделительного кубика 3, цифровой видеокамеры (ЦВК) 4 и зеркал 5, светоделитель 6, формирующий опорный луч 7, систему вращения 8 объекта 9, включающее привод 10, систему возбуждения вибраций 11 в объекте 9, включающую вибровозбудитель 12, датчики возбуждения 13 и вращения 14 и компьютерную систему контроля и управления 15. Компьютерная система 15 включает блок 16 контроля и управления системами вращения и возбуждения в блок 17 синхронного управления цифровой видеокамерой.
Устройство работает следующим образом.
sync
Блок контроля и управления 16 формирует сигналы для возбуждения и (при необходимости) вращения объекта 9, которые передаются на вибровозбудитель 12, возбуждающий вибрации в объекте 9, и на привод вращения 10. «Отклик» объекта 9 на возбуждение регистрируется с помощью датчика 13 в виде сигнала L(t) (фиг.2а) и обрабатывается в блоке контроля и управления 16. Опорный 7 и объектный лучи лазера 1 поступают в голографический интерферомертр 2, где через систему зеркал 5 и светоделительный кубик 3 попадает в цифровую видеокамеру 4. Синхронно с сигналами «отклика» блок 17 формирует сигнал U(t), который подается на управляющий вход ЦВК 4 (фиг.2б), и
cam
1
1
cam
cam
Q
cam
регистрирует сигнал сигнал U(t) »поступивший от ЦВК 4 (фиг.2в). Интервал времени Т равен целому числу периодов изучаемого процесса Т, т.е. T=N*T. При этом Т1>T>, где T - период кадровой развертки ЦВК 4. ЦВК 4 при этом работает в асинхронном режиме с внешним запуском. Интервал ΔТ добавляется компьютерной системой управления 15 автоматически, чтобы обеспечить регистрацию 2-х голограмм в различных амплитудных положениях объекта. Накопление заряда (регистрация изображения) в ЦВК осуществляется в течение времени T, которое рассчитывается исходя из применяемого стробоскопического метода. Сигнал IT переброса заряда на субматрицу считывания ЦВК формируется камерой автоматически спустя некоторое время после окончания регистрации. После этого начинается процесс считывания в течение времени T. По окончании процесса считывания операция повторяется в другом амплитудном положении объекта. Затем производят интерференционное сравнение изображений от различных кадров.