Приложение В
(справочное)
ГОСТ ISO 16063-41-2014
Три варианта реализации метода 3 с использованием лазерного
доплеровского измерителя скорости
В.1Метод синус-аппроксимации с использованием квадратурных сигналов
Лазерная доплеровская виброметрия (подробно описанная в [13]) основана на том. что
отраженный от движущейся поверхности объекта свет содержит информацию о скорости и
перемещении объекта. Перемещение поверхности модулирует фазу длины волны света, в то время
как скорость сдвигает его оптическую частоту. Поскольку частота лазерного излучения
(приблизительно 5 10й Гц) слишком высока для непосредственной демодуляции, в целях выделения
измеряемыхпараметров движенияприменяютинтерферометрическиеустройства.В
интерферометре происходит смешение измерительной световой волны и опорного луча,
поступающих в фотодетектор.
На рисунке 7 показана базовая схема модифицированного интерферометра Маха-Цандера,
которая используется в качестве оптического датчика в большинстве лазерных доплеровских
виброметров.Разделениекогерентногосвета,излучаемогогелий-неоновымлазером,на
измерительный и опорный лучи осуществляется поляризационным светоделителем PBS1. Опорный
луч направляется посредством зеркала М1 в ячейку Брэгга ВС и на светоделитель BS2, после чего
попадает непосредственно на фотодетектор D, а измерительный луч направляется на вибрирующую
поверхность через светоделитель PBS3. фокусирующую линзу L и четвертьволновую пластину Р.
Поляризованная рассеянная часть света, собираемая линзой L, направляется на детектор через
PBS3 и BS2. Ячейка Брэгга ВС представляет собой акустооптический элемент, осуществляющий
предварительный сдвиг оптической частоты опорного луча на частоту управляющего кварцевого
генератора / 0.
Результирующаяинтенсивностьсветанаповерхностифотодетоктораопределяется
относительной фазой и частотой смешивающихся световых волн (см. [14]). Разность фаз опорного и
измерительного лучей зависит от разности пройденных ими путей, которая изменяется при
перемещении
s(t)
вибрирующей поверхности. В случае неподвижной поверхности выходной ток
детектора
1 ^(1 )
описывается формулой
/ * , (0 =
1
dc
+ 1
c o s ( 2
+ <р0),
(В.1)
где
1
dc
-
постоянная составляющая:
/ - амплитуда переменного тока;
/ „ - частота сигнала управления кварцевого генератора;
<рл
- начальный сдвиг фаз. зависящий от положения поверхности.
Второй член в правой части равенства (В.1) представляет собой высокочастотный сигнал с
частотой / п, который является характеристикой так называемого гетеродинного интерферометра. В
случае вибрации поверхности фаза этого сигнала будет модулирована с частотой вибрации, т.е. если
s(r)
- перемещение точки на поверхности в месте падения измерительного луча, то кбудет
добавлена зависящая от времени составляющая #»nuxi( 0 .
, ч4л*(/)
^mod < 0 - ;*
(В 2)
где
Я
- длина волны лазера.
Фазовую модуляцию всегда можно представить в виде частотной модуляции. Соответствующая
девиация частоты является производной по времени модулированного фазового угла ^ nM4i(0 - В
соответствии с соотношением
ds/dt = v
скорость вибрации поверхности г(/) будет связана с
девиацией частоты Д /40 по отношению к несущей частоте / 0 формулой
4/40
=
(В.З)
31