Основы теоретической метрологии. Методы и средства измерения линейных размеров и углов. Методы и средства измерения отклонений формы и шероховатости поверхности. Методы и средства неразрушающего контроля, страница 37

К бесконтактным относятся также оптические методы измерения параметров вибрации.

В лазерном измерительном  преобразователе виброскорости (рис. 7) излучение лазера 1, направляемое зеркалом 2 на поверхность колеблющегося объекта 10, модулируется по частоте в результате эффекта Доплера и попадает в интерферометр (обведен штриховой линией), где делится призмой 3 на два пучка, проходящих из-за  несимметрии  плеч  разный  путь.

Рис. 7. Блок-схема лазерного измерительного преобразователя виброскорости

Первый  пучок  прямо  идет  к соединительной призме 4, а второй проходит более длинный путь от призмы 3 через зеркала 9и 8. Соединяемые в призме 4 пучки создают интерференционную картину, перемещающуюся в результате изменения частоты отраженного излучения в ту или другую сторону. Щелевая диафрагма 5 ограничивает поле зрения фотопреобразователя 6 участком, меньшим по сравнению с расстоянием между интерференционными полосами, что позволяет получать на выходе фототок, пропорциональный виброскорости объекта. Сигнал фотопреобразователя направляется в измерительную схему 7 для преобразования и индикации или регистрации.

Более совершенны интерферометры с преобразователями одночастотного излучения лазера в двухчастотное, так как в них легче осуществлять фильтрацию низкочастотных шумов фотоприемника и лазера.
Кроме описанных, для измерения параметров вибраций применяются также приборы с пространственным разделением и модуляцией излучения лазера (рис. 8).

Рис.8. Схема лазерного прибора для измерения виброперемещений

Работа таких систем основана на пространственном смещении отраженного луча лазера 2, направленного под углом на колеблющийся объект 1.

Это смещение, пропорциональное отклонению х объекта, обрабатывается позиционно-чувствительным фотоприемником 3 и измерительной схемой 4. В случае измерения медленных смещений к фотоприемнику подключается модулятор 5. Частота переменного напряжения модулятора в 5 - 10 раз больше максимальной частоты колебаний объекта измерения. Исследования показали, что минимальные значения вибросмещений, обнаруженные данным методом, составляют 0,5 мкм. Относительная погрешность измерений -  0,15 - 0,40  %.

6. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

6.1.   Аналоговые электромеханические приборы

Аналоговыми называются приборы, показания которых являются непрерывной функцией измерения измеряемой величины. В аналоговых электромеханических измерительных приборах непосредственной оценки электромагнитная энергия преобразуется в механическую энергию углового перемещения подвижной части относительно неподвижной. Они относятся к приборам прямого действия и строятся по следующей структурной схеме, представленной на рис. 1.

  Рис.1. Структурная схема аналогового прибора

Здесь ИЦ - измерительная цепь, ИМ - измерительный механизм, ОУ -отсчетное устройство.

Измерительная цепь обеспечивает преобразования измеряемой величины в промежуточную величину, которая уже воздействует на измерительный механизм. Различные измерительные цепи позволяют использовать один и тот же измерительный механизм при измерениях разнородных величин: напряжения, тока, сопротивления, меняющихся в широких пределах.

В измерительном механизме электромагнитная энергия преобразуется в поворот подвижной части на некоторый угол. Возникающий при этом момент называется вращающим.Он определяется выражением

, где W_э - электромагнитная энергия,  a- угол поворота.

Под действием вращающего момента подвижная часть всегда будет поворачиваться до упора. Для того чтобы угол поворота зависел от измеряемой величины, создается противодействующий момент, направленный навстречу вращающему и зависящий от угла поворота. В большинстве электроизмерительных приборов противодействующий момент создается плоской спиральной пружинкой, для которой справедливо соотношение

, где m_a - коэффициент, зависящий от свойств материала и размеров пружинки. При совместном воздействии вращающего и противодействующего моментов положение равновесия, т. е. установившееся отклонение стрелки, определяется из условия равенства моментов по модулю.