УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ФОРМ КОЛЕБАНИЙ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для исследования форм колебаний деталей и узлов конструкций в машиностроении методом спекл-интерферометрии.
Известно устройство для исследования форм колебаний, содержащее источник когерентного излучения, канал формирования предметного пучка, канал формирования опорного пучка, светоделитель для наложения предметной и опорной волны, трубку телекамеры, соединенную с персональной ЭВМ. (Еленевский Д.С., Шапошников Ю.Н.. Лазерно-компьютерная система получения и анализа спекл-интерферограмм вибрирующих объектов. Известия Самарского научного центра РАН. 1999 г., №1 с.134). Это устройство позволяет реализовать метод голографической спекл-интерферометрии путем вычитания изображений, изменив фазу спеклов на 180° в узлах вибрирующего объекта путем малого изменения направления опорного пучка. Недостатком этого устройства является низкий уровень контраста интерференционных полос в результирующем изображении ввиду высокого уровня спекл-шумов.
Известно устройство для исследования форм колебаний (положительное решение на заявку №2007134499), содержащее источник когерентного излучения, совмещенные каналы формирования предметного и опорного пучков, светоделитель, выполненный в виде слабого диффузора с возможностью малых периодических перемещений вдоль оптической оси и расположенный перед исследуемым объектом на расстоянии не более половины длины когерентности используемого лазерного излучения, трубку телекамеры, соединенную с ЭВМ. Для реализации
метода голографической спекл-интерферометрии путем вычитания изображений, меняют фазу спеклов на 180° в узлах вибрирующего объекта путем малого перемещения диффузора вдоль оптической оси между экспозициями.
Недостатком этого устройства является высокий уровень спекл-шумов в результирующем изображении, что затрудняет дальнейшую интерпретацию спекл-интерферограммы.
Задача технического решения - повышение точности измерений, за счет увеличения контраста интерференционных полос спекл-интерферограммы.
Указанная задача достигается тем, что устройство для исследования форм колебаний, включающее источник когерентного излучения, совмещенные каналы формирования предметного и опорного пучков, трубку телекамеры, соединенную с ЭВМ, светоделитель, выполненный в виде слабого диффузора с возможностью малых периодических перемещений вдоль оптической оси и расположенный перед исследуемым объектом на расстоянии не более половины длины когерентности используемого лазерного излучения, дополнительно снабжено механизмом многократного смещения диффузора в направлении перпендикулярном оптической оси.
Отличительных признаков полезной модели в других объектах техники не обнаружено.
На чертеже изображена оптическая схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит источник 1 когерентного излучения, расширитель пучка 2, прозрачный диффузор 3, вибрирующий объект 4, диафрагму 5, объектив 6, телекамеру 7, персональную ЭВМ 8, механизм 9 смещения диффузора в поперечном направлении.
Устройство работает следующим образом:
С помощью источника 1 когерентного излучения через расширитель 2 и диффузор 3 освещен вибрирующий объект 4.
Диффузор 3 имеет слабую диффузность, небольшая часть излучения идет на образование спеклов внутри самого диффузора, основная часть излучения идет на освещение вибрирующего объекта 4. В результате с помощью диафрагмы 5 и объектива 6 на фотодиодную матрицу камеры 7 попадают спекл-структура диффузора 3 и спекл-структура объекта 4. Диффузор 3 и исследуемый объект 4 расположены так, чтобы двойное расстояние между ними не превышало длины когерентности используемого лазерного излучения. С помощью диафрагмы 5 можно регулировать размеры спеклов. Объектив 6 совмещает волновые фронты от диффузора и от объекта и спеклы от диффузора и от объекта будут интерферировать поточечно. С помощью этого устройства можно осуществить метод голографической спекл-интерферометрии путем вычитания изображений, изменив продольным перемещением диффузора 3 фазу спеклов в узлах вибрирующего объекта 4 на 180°.
В результате экран монитора персональной ЭВМ 8 отображает спекл-интерферограмму, яркость которой описывается:
где,
b - коэффициент, зависящий от телекамеры,
s
s
I(x,y), φ(x,y) - интенсивность и фаза предметного пучка, т.е. пучка идущего от исследуемого объекта,
r
r
I(x,y), φ(x,y) - интенсивность и фаза опорного пучка, т.е. пучка идущего от диффузора,
0
J - функция Бесселя первого рода нулевого порядка,
λ - длина волны используемого когерентного излучения,
A - распределение амплитуды колебаний по поверхности исследуемого объекта 4.
Это изображение запоминает персональная ЭВМ 8. Затем с помощью механизма 9, диффузор 3 перемещается на величину, превышающую поперечный размер спекла, и снимается вторая спекл-интерферограмма и также заносится в память персональной ЭВМ 8.
Процесс повторяется n раз. После n смещений диффузора в памяти персональной ЭВМ 8 записано n спекл-интерферограмм.
Выражение (1) можно записать:
,где
- сигнал, содержащий полезную информацию о колебаниях объекта,
-;
- величина, описывающая спекл-шумы записанных спекл-интерферограмм.
Затем персональная ЭВМ 8 усредняет n спекл-интерферограмм, в результате чего на усредненной спекл-интерферограмме соотношение S/N возрастет в  раз. С помощью данного устройства можно записать спекл-интерферограммы с высоким разрешением.
Опытный образец устройства изготовлен и испытан, подтверждено достижение поставленной задачи.