Помехоустойчивый цифровой спекл-интерферометр для виброметрии объектов на основе метода усреднения во времени тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

Комаров Сергей Юрьевич

ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫЙ ЦИФРОВОЙ СПЕКЛ-ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ВИБРОМЕТРИИ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДА УСРЕДНЕНИЯ ВО ВРЕМЕНИ

Специальность 01.04.01 Приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Самарском государственном аэрокосмическом университете (СГАУ) и Институте акустики машин при СГАУ (ИАМ при СГАУ).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Журавлев Олег Анатольевич Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Семкин Николаи Данилович, кандидат физико-математических наук, доцент Осипов Михаил. Николаевич

Ведущая организация:

Государственное унитарное предприятие КБАС, г. Самара

Защита состоится «11» июня 2004 г. в_часов на заседании диссертационного совета Д 212.215.01 при Самарском государственном аэрокосмическом университете им. академика СП. Королева по адресу 443086, г. Самара, ул. Московское шоссе 34

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика СП. Королева.

Автореферат разослан « 6 » мая 2004 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета профессор

В.Г. Шахов

Диссертация посвящена разработке помехоустойчивого цифрового спекл-интерферометра с непрерывным лазером для бесконтактного контроля резонансных форм и частот колебаний деталей и узлов технических систем различного назначения.

Актуальность работы

Проблема снижения динамических нагрузок в технике определяется двумя тенденциями: стремительно растущей энерговооруженностью механизмов и машин самых разных классов с постепенным ужесточением ограничений на создаваемые ими шум и вибрацию. Анализ форм и частот резонансных колебаний деталей и узлов технических систем способствует эффективному решению данной проблемы.

Наибольшую сложность для измерения и теоретического описания представляют виброакустические нагрузки пневмо- и гидромеханических агрегатов, возникающие при взаимодействии потоков с элементами конструкций. Пневмо- и гидродинамические шумы, а также пульсационные процессы возбуждения колебаний характерны для целого ряда технических систем: В работах В.П. Шорина, А.Г. Гимадиева, Е.В. Шахматова, В.В. Леныиина, А.Б. Прокофьева и др. показано, что для более полного описания таких процессов необходимо экспериментальное определение виброакустических характеристик конструкций совместно с исследованием механизмов их взаимодействия с рабочими средами. Решение данной задачи требует разработки панорамного диагностического комплекса, обеспечивающего регистрацию динамических процессов в газожидкостных средах с одновременной записью амплитудно-частотных характеристик конструкционных элементов. Создание такого комплекса возможно на основе методов когерентной оптики и отличается научной новизной.

Для реализации диагностического комплекса в СГАУ разработано несколько лазерных контрольно-измерительных систем, позволяющих проводить бесконтактные автоматизированные исследования скоростных характеристик потоков методом светового «ножа», а также градиентных образований в оптически прозрачных средах шлирен-методом Теплера. Эти системы с непрерывным лазером отличаются простотой конструкции и эксплуатации. Они эффективно применяются в работах О.А. Журавлева, Н.Д. Быстрова и др. для исследования как свободных, так и внутрикорпусных течений. Определенный вклад в создание алгоритмов автоматизированной обработки данных оптических экспериментов внесли Н.Ю. Ильясова, А.Г. Храмов, А.В. Устинов (Институт систем обработки изображений РАН).

Однако в настоящее время отсутствует автоматизированный метод на основе непрерывного лазерного излучения для определения резонансных частот и форм колебаний конструкции, позволяющий бесконтактно получать информацию о распределении амплитуд колебаний по всей исследуемой поверхности объекта в условиях нестабильности оптической схемы, обусловленной как взаимодействием потока с конструкцией, так и отсутствием виброизоляции диагностической установки. Разработка такого метода является актуальной задачей, решение которой позволит создавать диагностические комплексы для по-

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ 3 БИБЛИОТЕКА

лучения наиболее полной информации о пульсационно-вибрационных процессах в реальных технических системах.

Работы по теме диссертации выполнялись в соответствии с планами следующих фундаментальных и прикладных НИР:

1. Федеральная целевая программа «Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 годы». Проект: Развитие учебно-научных комплексов «Лазерно-плазменные технологии» и «Лазерная физика» Исследовательского университета высоких технологий.

2. Теоретическое и экспериментальное исследование процессов возбуждения и подавления колебаний в сложных механических и гидрогазовых системах (договор с МИНОБРАЗОВАНИЯ РФ, гос. per № 01200106809).

3. Разработка теории устранения связанных колебаний в трубопроводных системах (договор с МИНОБРАЗОВАНИЯ РФ, гос. per № 01200213009).

4. Интеграция научной, опытно-экспериментальной и приборной базы академического, вузовского и отраслевого секторов науки в исследовательском и образовательном процессе в области лазерных технологий по актуальной проблеме - создание спекл-интерферометрических методов и средств виброакустического мониторинга технических систем (договор с МИНПРОМНАУКИ РФ гос. per. № 01.20.0214966).

5. Разработка лазерно-компьютерного стендового оборудования для поузло-вой доводки автомобиля по уровню допустимых вибраций и шуму (договор № 44/03С4 от 01.07.2003)

Целью работы является анализ принципов корреляционной спекл-интерферометрии колеблющихся объектов с непрерывным лазером и разработка на их основе метода повышения стабильности оптико-электронной схемы формирования спеклограмм к случайным нагрузкам, обеспечивающего создание помехоустойчивого цифрового спекл-интерферометра (ПЦСИ) для определения виброакустических характеристик элементов конструкций и исследования пульсационно-вибрационных процессов в пневмогидравлических схемах и агрегатах совместно с оптическими системами получения параметров потоков жидкости и газа.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

— Анализ принципов корреляционной спекл-интерферометрии колеблющихся объектов с непрерывным лазером и определение оптимальных условий работы функциональных элементов ЦСИ;

— Разработка метода повышения устойчивости виброметрического ЦСИ к случайным динамическим нагрузкам и создание на его основе опытной модели помехоустойчивого спекл-интерферометра с непрерывным лазером;

— Сравнительные исследования уровня соответствия результатов помехоустойчивого ЦСИ с данными других методов виброметрии;

— Разработка методологии применения помехоустойчивого ЦСИ для исследования колебаний конструкций;

- Анализ возможности применения ЦСИ для определения вибрационных характеристик лопаток ГТД при широкополосном возбуждении;

- Создание и экспериментальная отработка методик совместного применения ПЦСИ с оптическими системами визуализации акустических течений и ка-витационных процессов, возбуждаемых в средах колеблющимися элементами конструкций.

Экспериментальные исследования проводились на стендовом оборудовании кафедры АСЭУ и Института акустики машин при СГАУ, а также на оборудовании Самарского научно-технического комплекса имени академика Н.Д.

Кузнецова (СНТК им. Н.Д. Кузнецова).

Научная новизна работы

1. Определены оптимальные условия формирования спеклограмм в оптико-электронной схеме виброметрического ЦСИ, основанного на методе усреднения во времени.

2. Разработан метод повышения устойчивости оптической схемы ЦСИ с непрерывным лазером к случайным внешним воздействиям, основанный на статистической обработке корреляционно сравниваемых спекл-изображений вибрирующей поверхности.

3. Созданы методики определения уровня соответствия результатов ПЦСИ с данными методов численного моделирования, фигур Хладни и датчиковых измерений.

4. Разработаны теоретические основы способа определения составляющих собственных частот и форм колебаний лопаток ГТД при широкополосном возбуждении.

5. Разработаны методики экспериментального исследования пульсационно-вибрационных процессов в технических системах при совместном применении ПЦСИ с оптическими установками для определения параметров потоков.

6. Представлены физические модели экспериментально выявленных особенностей колебаний составных конструкций и пульсационно-вибрационных процессов технических систем.

Практическая ценность диссертационной работы.

1. Создан помехоустойчивый ЦСИ с непрерывным лазером для определения резонансных частот и форм колебаний деталей и узлов технических систем, основанный на методе статистической обработки корреляционно сравниваемых спеклограмм, получаемых в оптико-электронной схеме со случайным сдвигом фазы между опорным и предметным пучками.

2. Случайный фазовый сдвиг между предметным и опорным пучками в созданной модели ЦСИ обеспечивается за счет механической нестабильности элементов оптической схемы интерферометра, смонтированной на вибронезащищенной металлической платформе.

3. Разработана методика определения предельных амплитуд внешних возмущающих воздействий А>1н:ш, действующих на анализируемые объекты простейших форм. При изменении возмущающих воздействий по гармоническому закону с частотой показано, что от 3 до 10

Гц, МКМ ПрИ Рвнеш ОТ 10 ДО 25 Гц И Алжш<0,6 мкм ПрИ Ренеш от 25 до

100 Гц.

4. Проведена оценка основных рабочих характеристик разработанного и созданного помехоустойчивого ЦСИ как стендовой системы вибромониторинга конструкций:

- минимальное значение резонансной частоты колебаний анализируемого объекта 1= 50 Гц при погрешности определения Д£<5%;

- диапазон изменения амплитуды резонансных колебаний А анализируемой поверхности составляет 0,16<А<3 мкм при погрешности определения ДА^7%.

5. Разработан и прошел апробацию панорамный диагностический комплекс с непрерывными лазерами; впервые позволяющий проводить бесконтактное определение резонансных частот и форм колебаний конструкций с одновременной регистрацией структурных образований и получением количественной информации о распределении параметров потоков, взаимодействующих с конструкцией.

Разработанный ПЦСИ используется для проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области вибрационного контроля и испытаний элементов энергетических установок, а также в учебном процессе кафедры «Автоматические системы энергетических установок» на специальности 131200 Лазерные системы в ракетной технике и космонавтике. На защиту выносятся:

- физические основы механизма формирования спеклограмм в оптико-электронной схеме ЦСИ с непрерывным лазером;

- метод обеспечения функционирования ЦСИ в условиях повышенных динамических нагрузок и программный продукт для его реализации;

- оптико-электронная схема ЦСИ с пассивным сдвигом фазы между опорным и предметным пучками, обусловленным случайными колебаниями элементов оптического стола;

- результаты определения уровня соответствия данных спеклограмм с другими методами виброметрии;

- результаты экспериментального исследования влияния жесткости заделки на резонансные колебания трубопровода; влияния элементов крепления диска на его формы колебаний; присоединенной массы на резонансные характеристики мембраны;

- результаты исследования трансформации форм резонансных колебаний пластины при двухчастотном возбуждении пространственно разнесенными вибраторами;

- результаты разработки способа применения ЦСИ для исследования вибрационных характеристик лопаток ГТД при широкополосном возбуждении;

- методики применения панорамных методов исследования вибрационных характеристик технических систем, возбуждаемых пульсационными процессами в гидрогазовых средах. Результаты совместного применения ПЦСИ с

оптико-электронными схемами шлирен-метода Теплера и метода лазерного «ножа» для исследования пульсационно вибрационных взаимодействий. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Международная конференция "Механика и прочность авиационных конструкций" (Уфа, 2000), Российская научно-техническая конференция "Медико-технические технологии на страже здоровья" (Москва, 2000), Международная научно-техническая конференция, посвященная памяти генерального конструктора аэрокосмической техники академика Н.Д. Кузнецова (Самара, 2001); Всероссийская научно-техническая конференция "Технический ВУЗ -наука, образование и производство в регионе" (Тольятти, 2001); Международная научно-техническая конференция «Виб-рация-2001» (Курск, 2001); научно-методическая конференция «Актуальные проблемы университетского образования» (Самара, 2001); Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы машиноведения » (Гомель, 2002), научно-методическая конференция «Актуальные проблемы развития университетского технического образования в России» (Самара, 2002); Международная конференция «Прикладная оптика» (Санкт-Петербург, 2002); Международная научно-техническая конференция «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара,2003); Всероссийская научно-техническая конференция "Современные тенденции развития автомобилестроения в России"(Тольятти, 2003).

Материалы диссертации обсуждались на семинарах и НТС на кафедрах «Автоматические системы энергетических установок » СГАУ, «Оптика и спектроскопия» Самарского государственного университета, в Институте акустики машин при СГАУ, в Управлении специальных испытаний ОАО «АВТОВАЗ», в Самарском филиале Физического института РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 работ, из них 12 статей в научных журналах и сборниках научных трудов и 16 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Она содержит 234 страницы, включает 7 таблиц и 102 рисунка. Список литературы содержит 138 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, изложено краткое содержание диссертации, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава содержит обзор литературы по методам контроля частот и форм резонансных колебаний деталей и узлов технических систем.

Показано, что наиболее широко применяемые датчиковые методы не обеспечивают должной степени автоматизации и панорамности при исследовании распределения амплитуд резонансных колебаний объекта. Присоединенная масса датчиков влияет на резонансные характеристики конструкций. При изучении взаимодействия потока с конструкцией датчики могут вносить помехи в структуру потока.

К наиболее приемлемым при решении поставленной задачи относятся бесконтактные методы исследования виброакустических характеристик на основе когерентной оптики. Более полную информацию о распределении амплитуд резонансных колебаний исследуемого объекта дают методы голографической и спекл-интерферометрии с непрерывным излучением. Использование гологра-фических интерферометров с непрерывным лазером ограничено повышенными требованиями их оптических схем к вибрационной защищенности установки, а необходимость применения высокоразрешающих фотоматериалов затрудняет автоматизацию процесса измерения. Недостатком также является высокая чувствительность методов голографической интерферометрии к неоднородностям оптически прозрачной среды, что затрудняет исследование взаимодействия гидрогазовой среды с конструкцией в схеме на просвет.

В последние десять - пятнадцать лет широкое развитие получили методы корреляционной спекл-интерферометрии, которые менее требовательны к не-однородностям оптически прозрачной среды и средствам регистрации. Метод, в котором для регистрации спекл-изображений исследуемого объекта используется телевизионная камера, а формирование спеклограмм и обработка экспериментальных данных производится в ЭВМ, получил название цифровой спекл-интерферометрии. Метод позволяет бесконтактно и оперативно получать информацию о формах и частотах резонансных колебаний объекта по всей исследуемой поверхности.

Импульсные цифровые спекл-интерферометры (ЦСИ) для исследования форм резонансных колебаний конструкций, предложенные в работах G. Pedrini, H. Tiziani, М.Е. Гусева, ИА Алексеенко, S. Shedin и др., из-за малого времени формирования кадра (<100 не) практически нетребовательны к виброизоляции оптической схемы. Однако, данные ЦСИ требуют априорной информации для количественной обработки спеклограмм, а сложность синхронизации лазерных импульсов с фазой колебаний объекта, необходимость применения специальных телекамер, высокая стоимость импульсного лазера и блока синхронизации, ограничивают их применение в научных исследованиях.

Методы ЦСИ с непрерывным лазером, развитые в работах С. Joenathan, D. Ambrosini, G. Romero, L. Alvares, J. Kranz, Ю.Н. Шапошникова, Д.С. Еленев-ского и др. (ЦСИ с усреднением во времени) и H.R. Schubach, A. Etemeyer и др. (ЦСИ со стробированием) отличаются простотой схемы, дешевизной установки и высокой степенью автоматизации процесса регистрации. Анализ работ показал, что ЦСИ с усреднением во времени наиболее полно отвечает сформулированным требованиям по панорам ности, бесконтактности и автоматизации вибрационных исследований, а также отличается полнотой представляемой информации о колебательном процессе.

Обычно, в ЦСИ с усреднением во времени спеклограмма формируется в ЭВМ методом вычитания по модулю двух спекл-изображений, получаемых при регулируемом сдвиге фазы опорного пучка. Обеспечение точности фазового сдвига предъявляет повышенные требования к вибрационной защищенности оптической схемы таких установок. Применяя традиционные технологии создания виброзащиты, современные ЦСИ с непрерывным лазером сохранили

присущие еще голографическим интерферометрам недостатки, связанные с большой металлоемкостью оптического стола, находящегося на воздушных подушках, и необходимостью размещения установок в подвальных помещениях или на специальном фундаменте. Но даже в этих условиях такие технологии ограничивают возможности применения ЦСИ с усреднением во времени для получения резонансных характеристик реальных конструкций и, тем более, исследования пульсационно-вибрационных процессов возбуждения колебаний технических систем. Эти ограничения можно снять при разработке для повышения стабильности оптико-электронной схемы интерферометра новых техно -логий, основанных на изучении закономерностей внешних случайных возмущений и методах статистической обработки экспериментальной информации.

Проведенный анализ работ по цифровой спекл-интерферометрии таких авторов, как R. Jones, H. Tiziani, A.F. Doval и др., показал на недостаточную проработку принципов формирования спекл-изображений на ПЗС-матрице телекамеры, что не позволяет в полном объеме использовать возможности цифровой регистрации. Требуется проведение оптимизационного анализа процессов регистрации спеклограммы в оптико-электронной схеме ЦСИ.

На основании выполненного анализа современного состояния развития ЦСИ сформулированы цель и задачи диссертационной работы. Во второй главе проведено детальное рассмотрение процессов формирования спекл-картин в оптико-электронной схеме ЦСИ, а также методов и средств повышения контрастности получаемых спеклограмм. На основе выявленных особенностей работы ЦСИ с усреднением во времени предложен метод повышения стабильности оптической схемы цифрового спекл-интерферометра к внешним возмущающим воздействиям.

Определены требования к оптическим характеристикам регистрируемой поверхности объекта. Оптимизированы параметры светорассеивающих центров. Отработана методика подготовки рабочей поверхности к регистрации. Рассмотрены особенности записи спекл-картин на ПЗС матрице телевизионной камеры. Экспериментально показан интегральный характер формирования спекла на приемной площадке телекамеры. Исходя из размера спекла, ширины интерференционной полосы и размеров светочувствительной ячейки оценено влияние поля зрения телекамеры на характеристики спекл-изображения. Предложена оптическая схема формирования опорного сигнала со сферическим пучком, позволяющая расширить поле зрения телекамеры. Проведен сравнительный анализ процессов образования спеклограмм для случаев статической деформации и гармонического колебания объекта.

С учетом особенностей формирования спеклограмм в ЭВМ в составе ЦСИ, предложен метод повышения стабильности оптической схемы к внешним воздействиям. Сущность метода заключается в том, что результирующая спекло-грамма колеблющегося объекта получается в результате статистической обработки серии спекл-изображений, зарегистрированных в условиях вибрационной нестабильности оптической схемы. Если оптическая схема спекл-интерферометра механически нестабильна, то разность фаз между

предметным и опорным пучками не остается постоянной во времени и меняется

в каждой точке случайным образом. Усредненное за время кадра распределение яркости В((х,у) /-го кадра изображения объекта, колеблющегося на резонансной частоте, на экране монитора будет описываться выражением:

В,(х,у) = Ь-[1, + /„ + (1)

где интенсивности спекл изображения объекта и опорного сигнала

соответственно;

¿-постоянный коэффициент, зависящий от параметров телекамеры; Jo -функция Бесселя первого рода нулевого порядка, аргумент которой зависит от амплитуды колебаний объекта Я-длина волны излучения.

Из (I) видно, что информацию о форме колебаний определяет выражение ,4 лА(х,у)^

i)-cos S<p,(x,y).

(2)

Яркость В1 в точке (х,у) изображения может принимать в зависимости от фазы 8д>„ любое значение в пределах изменения функции Бесселя (рис. 1а). В точках изображения, где функция Бесселя равна 0 (к1 к2, и.т.д), яркость изображения не зависит от фазы 3<Р( (х,у) и равна средней яркое 'Щ,и о изображению. В остальных точках при изменении случайной фазы в интервале [-л,л] яркость сигнала изменяется в некотором интервале, ширина которого определяется локальным значением функции Бесселя.

В случае разности модулей двух спекл-изображений распределение яркости В& будет иметь вид:

Bы(x,y)к4Ь,¡U^Jt(±^l^^)■cosSvl(x,y)\. (3)

Причем значение яркости в нулях функции Бесселя будет равно 0, и не зависит от случайной фазы. Множество точек изображения, в которых функция Бесселя, описывающая форму собственных колебаний объекта, принимает нулевое значение, представляют собой линии равных амплитуд. Эти точки и несут информацию о форме колебаний объекта.

Статистическое накопление нулевого значения функции Бесселя лежит в основе предложенного алгоритма, включающего следующие операции.

1. Зарегистрировать достаточно большое число изображений, а затем попарно в произвольном порядке вычесть их друг из друга

=В(х,у),-В{х,у)их. (4)

2. Полученные разности просуммировать в числовом массиве (рис. 16), как

relief(x,y) = Y\fleUa{x,y)\.

(5)

3. Значения функции relieffoy) в каждой точке сравнить с элементами массива и присвоить им соответствующее значение яркости от 0 до 256 (формат файла BMP).

4. На экране ЭВМ черным цветом отобразить точки, в которых функция ге-liefl[x,y) не превышает некоторого заданного порога h.

Темные полосы на изображении Рис 1 Принцип работы алгоритма метода повышения помехозащищенности оптического тракта ЦСИ

В результате выполненных операций (см. пункты 1-4) на изображении объекта появится семейство полос (рис. 1в), представляющих линии равных амплитуд резонансных колебаний объекта. Введение пороговой яркости к позволяет исключить помехи оптического, электронного и вычислительного трактов.

Для реализации предложенного метода была разработана оптическая схема ЦСИ с пассивным сдвигом фазы (рис.2). В данной схеме фазовый сдвиг реализуется за счет нестабильности оптических элементов из-за случайных колебаний оптического стола.

Отказ от управляемого сдвига фазы значительно упростил схему ЦСИ и повысил надежность работы измерительной установки. Также расширились возможности автоматизации измерительного процесса по сравнению со схемами с управляемым сдвигом фаз.

Рис 2 Оптико-электронная схема помехоустойчивого ЦСИ с пассивным сдвигом фазы: 1-лазер; 2,3-микрообъектив с диафрагмой, 4-светоделитель; 5-плоскопараллельная пластина;6,7,8-поворотные зеркала; 9-линза; 10-светофильтр; 11-объект; 12-телекамера с объективом; 13-ПЭВМ; 14-блок ввода изображения; 15-звуковой генератор;16-вибратор; 17-оптический стол без виброизоляции

Проверка работоспособности разработанного метода и оптической схемы показала, что данный метод позволяет получать качественные спеклограммы в условиях пониженной виброизоляции оптического стола (рис.3 и 4).

Рис 3 Спеклограммы лопатки, возбуждаемой на столе без виброизоляции: а- с регулируемым >

сдвигом фазы, б- со случайным сдвигом фазы Рис.4 Графики видности по полосам ( обработано 25 спекл-изображений) Л™ спеклограмм на рис. 3

На основе разработанного метода и на базе оптического стола голографи-ческой установки УИГ-22 был создан помехоустойчивый ЦСИ (ПЦСИ) для определения резонансных форм и частот колебаний конструкций.

В третьей главе проведен анализ рабочих характеристик помехоустойчивого ЦСИ. На основе сравнительных исследований форм колебаний металлической пластины, показана сходимость результатов, полученных помехоустойчивым ЦСИ, методом песчаных фигур и численным моделированием в ANSYS.

Результат сравнения показал высокое подобие полученных форм колебаний пластины. Расходимость по частоте для каждой из форм не превышала 5 %. Сравнивались результаты измерений амплитуд колебаний объекта, определяемых по спеклограмме и вибродатчиком (рис.5). Из рис. 5 видно, что оба метода отслеживают нелинейности в системе возбуждения и расходимость результатов растет при увеличении амплитуды колебаний.

Экспериментально определены предельные значения работоспособности ПЦСИ по амплитуде внешнего возмущающего воздействия. Для этого на пластину, возбуждаемую на одной из резонансных частот, накладывались гармонические колебания внешнего воздействия, амплитуда которых контролировалась вибродатчиком. На каждой из частот внешнего воздействия регистрировалось несколько спеклограмм при возрастании уровня возбуждения. По полученным спеклограммам определялись предельные амплитуды внешнего воздействия, при которых спекло-грамма еще несет информацию о форме колебаний объекта (на спеклограммах оставались лишь узловые линии). Теоретически и экспериментально показано, что при внешних гармонических возмущениях, период колебаний которых по величине сравним с периодом регистрации кадров в телекамере, происходит резкое снижение предельной амплитуды допустимых воздействий (кривая 1 рис.6). Однако в реальных условиях на объект действуют внешние

0 0.9 1 1.9 2 2.5

изг.В

Рис.5 Графики изменения амплитуды колебаний А пластины в зависимости от уровня возбуждения и» вибратора

О 20 40 60 80 100

Частот«, Гц

Рис б Зависимость предельно допустимой амплитуды А.,«,,, от частоты внешнего воздействия Г.*,.,: 1- разработанный ЦСИ с виброизоляцией; 2-разработанный ЦСИ без виброизоляции; 3 - ЦСИ с регулируемым сдвигом фазы и виброизоляцией

воздействия со случайным спектром частот. Поэтому, при снятии оптического стола с воздушной подушки, и наложении случайных колебаний здания в окрестности частоты 25 Гц было зарегистрировано увеличение предельной амплитуды (кривая 2 рис.6). Это объясняется тем, что к синусоидальному сигналу имитирующему внешнее возбуждение на частоте колебаний кратной 25 Гц добавляется случайная составляющая, обусловленная реальными колебаниями оптического стола. Как видно на рис 6, предлагаемый метод значительно расширяет предельный диапазон амплитуд по сравнению с методом вычитания изображений (кривая 3). На основе проведенных экспериментов были разработаны требования к помещению для установки помехоустойчивого ЦСИ и даны рекомендации для обеспечения его работоспособности.

Выполнен анализ составляющих погрешности помехоустойчивого ЦСИ при измерении амплитуды и частоты колебаний объекта. На основании рассмотрения таких составляющих, как неточность определения середины ширины полосы на спеклограмме, неоднозначность определения вектора чувствительности интерферометра, искусственность формирования полос нулевой яркости показано, что суммарная погрешность определенения амплитуды колебаний конструкции может достигать Погрешность определения резонансной

частоты с помощью ПЦСИ составляет Af<5%.

Определены рабочие характеристики ПЦСИ, созданного на основе достаточно распространенных комплектующих (лазер ГН-15-1, телекамера WAT-902Н, устройство ввода AVER TV, ПЭВМ типа Пентиум 4 и т.д.):

- размеры анализируемой поверхности объекта 0,2x0,2 м2;

- диапазон допустимых частот вибраций анализируемой поверхности 50 Гц<£<50 кГц;

- допустимые значения амплитуды колебания анализируемой поверхности 0,3<А<3 мкм. QJ2...5X);

- чувствительность измерения амплитуд вибраций 0,16 мкм(ХУ4).

Помехоустойчивый ЦСИ открывает новые возможности для панорамных методов бесконтактной виброметрии технических систем. Однако на данном этапе требуется разработка методологии применения ПЦСИ при решении широкого круга исследовательских задач.

В четвертой главе рассмотрены результаты применения разработанного спекл-интерферометра для исследования колебаний простейших конструкций.

Показано, что помехоустойчивый ЦСИ может успешно применяться как для самостоятельного исследования колебаний конструкции, так и для получения исходной информации для методов численного расчета.

При сравнительном исследовании резонансных колебаний мембраны, которая являлась дном металлической чаши, с результатами, полученными методом конечных элементов программного комплекса Ansys, обнаружена высокая сходимость экспериментальных и расчетных форм колебаний. Однако помехоустойчивым ЦСИ дополнительно были выявлены геометрические неточности изготовления мембраны, которые выразились в нарушении ее поворотно-осевой симметрии.

При исследовании форм резонансных колебаний системы трубопровод-опора рассматривалось влияние, которое оказывает изменение жесткости заделки на резонансную частоту и форму колебаний системы (рис.7).

При исследовании эффективности возбуждения колебаний диска 1 в составе конструкции виброопоры (рис. 8) было выявлено влияние элементов крепления промежуточной платформы 2 на форму колебаний диска (рис.9). Экспериментально показана возможность применения ЦСИ для контроля качества сборки конструкции (рис. 10). Проведенные исследования конструкций показали, что с помощью помехоустойчивого ЦСИ можно получать не только формы колебаний составных объектов, но и отслеживать влияние изменений механических характеристик системы на ее резонансные формы и частоты колебаний. Это дает возможность проводить доводку конструкции и контролировать результат доводки в реальном времени.

Рис 7 Спеклограммы колебаний трубопровода на частоте f= 140 Гц при изменении уровня жестокости опоры. (Жесткость заделки снижается слева направо) 1 2 3 4 - ' '■ ' ■ '" ■ ■ '

Рис. 8 Конструкция виброопоры:1 -рабочий диск, 2- промежуточная платформа, 3-пьезокерамический вибратор, 4-шайба, 5- гайка, 6-крепёжные шпильки (три штуки), 7-пластина крепления, 8-осевая шпилька

Рис. 10 Влияние качества сборки на форму колебаний конструкции на частоте f=40.5 кГц. а) при наличии дефекта, б) после устранения дефекта

Рис.9 Влияние элементов крепления диска (поз. 1 на рис.8) на распределение форм колебаний на его рабочей поверхности. Окружности (поз. 1) соответствуют местам расположения 3-х шпилек (поз. б рис.8): а) f = 10.9 кГц, б) f=10.4 кГц

Рассмотрена возможность применения спекл-интерферо-метра при исследовании колебаний объектов, возбуждаемых на двух или нескольких резонансных частотах одновременно.

При исследовании помехоустойчивым ЦСИ колебаний пластины, возбуждаемой на двух резонансных частотах двумя незави-

симыми вибраторами, было показано, что характерные изменения в структуре полос в спеклограммах соответствуют закономерностям изменений в интерференционных картинах, получаемых при голографической регистрации поверхности, колеблющейся на двух некратных резонансных частотах. Однако при колебаниях объекта на 3-х и более некратных частотах извлечение информации об отдельных формах колебаний становится затруднительным. В этом случае функция движения объекта имеет вид:

яо=!лсо 5(^+0.), (6)

где А„, й)п и в„ -соответственно, амплитуда, частота и фаза п-ой формы резонансных колебаний объекта. Для регистрации таких колебаний необходимо иметь способ, который позволил бы выделять отдельные формы из дискретного ряда частот объекта. На основе теоретического анализа методов голографиче-ской и спекл-интерферометрии предложен способ выделения конкретной формы колебаний за счет модуляции излучения лазера частотой равной резонансной частоте а>„ выделяемой формы. При этом в компьютер вводится спекл-изображение объекта, распределение яркости В(х,у) в котором зависит от амплитуды колебания объекта, как:

где I)-функция Бесселя первого рода первого порядка. Экспериментальная проверка предлагаемого способа проводилась при исследовании форм колебаний лопатки ГТД возбуждаемой белым шумом. Регистрация отдельных составляющих сложного колебательного спектра лопатки осуществлялась ЦСИ с электрооптическим модулятором. Частота модуляции излучения в опорном плече задавалась звуковым генератором. Исследования подтвердили работоспособность данного способа поочередного выделения резонансных форм составляющих колебаний объекта.

В пятой главе приведены результаты исследований по применению ПЦСИ для регистрации колебаний конструкции в процессе взаимодействия с внешней средой. Разработаны методики совместного применения ПЦСИ с оптическими системами диагностики потоков.

Показана возможность отслеживания с помощью ПЦСИ влияния замкнутого пространства и вида среды на форму и частоту резонансных колебаний объекта. Исследование колеблющейся мембраны с поверхностным слоем воды показало, что оптически прозрачная жидкость не создает помех для ПЦСИ при регистрации колебаний конструкций. Экспериментально выявлено, что равномерный слой жидкости не влияет на форму резонансных колебаний мембраны. Впервые с помощью ПЦСИ с усреднением во времени зарегистрированы колебания поверхностного слоя воды с нанесенными светорассеивающими частицами. Показано, что поверхностный слой жидкости может повторять форму колебаний мембраны. Рассмотрены колебания объекта, возбуждаемые пульсирующей жидкостью или газовой средой.

Проведенные эксперименты подтвердили эффективность применения ПЦСИ для регистрации колебаний конструкций, взаимодействующих со среда-

|~• 1

19 о

Нож Фуко

•Щс-

ми. Однако исследование нелинейных процессов пульсационно-вибрационных взаимодействий гидрогазовых сред и конструкций потребовало создания диагностических комплексов за счет совмещения ПЦСИ с системами диагностики потоков. _

Впервые созданный комплекс на основе совместного использования помехоустойчивого ЦСИ и шли-рен-метода Теплера (рис. 11) нашел применение в исследовании процессов комбинированного возбуждения мембраны звуковым полем и газовым потоком.

Анализ фаз развития акусто-газодинамического возбуждения позволил выделить такие физические явления, как усиление интенсивности акустического возбуждения мембраны при введении гелия в сопловую насадку звукового динамика (рис. 12 а,б) и нелинейные изменения кон-

Рис. 11 Схема автоматизированного диагностического комплекса на основе ЦСИ и системы исследования потоков методом Теплера: 1,12- лазер; 2- микрообъектив; З.-светоделитель; 4,5,7,14-поворотные зеркала; 6,15-линза; 8-объект исследования; 9-плоско-параллельная пластина; 10,18-тслекамера; 11,19-ПЭВМ; 13-колиматор; 16-нож Фуко; 17-экран; 20-звуковой динамик; 21-баллон с газом; 22-звуковой генератор; 23-газовый редуктор фигурации узловых полос исследуемой формы колебаний (рис.12в) вплоть до разрушения резонансной формы турбулентным потоком рис.12 г).

Рис 12 Изменение картины колебаний мембраны на собственной частоте 1665 Гц при увеличении расхода гелия: форма колебаний мембраны, зарегистрированная помехоустойчивым ЦСИ (вверху); шлиренграммы расширения потока гелия на выходе из сопла звукового генератора(внизу)

Совместное применение помехоустойчивого ЦСИ и лазерного визуали-затора на основе метода светового «ножа» позволило исследовать процессы

возбуждения акустических течений в газовых и жидкостных средах колеблющимися на резонансной частоте элементами конструкцией. Показано, что при-осевые области акустических течений в воздухе координационно связаны с распределением пучностей в анализируемых формах колебаний. Создан способ повышения информативности фигур Хладни за счет регистрации не только узловых линий, но и пучностей колебаний.

Сделан вывод о том, что созданные на основе ПЦСИ панорамные диагностические комплексы являются новым видом высокоинформативного инструментария для исследования динамических процессов нелинейного волнового взаимодействия рабочих сред и конструкций во многих отраслях науки и техники.

В приложении к диссертации представлены акты внедрений результатов научных разработок в СНТК им. Н.Д. Кузнецова, в ИАМ при СГАУ и в учебный процесс специальности «Лазерные системы в ракетной технике и космонавтике» в СГАУ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. В результате выполненных исследований разработан метод статистической обработки серий спекл-изображений колеблющихся объектов с помощью ЭВМ, впервые обеспечивающий проведение вибрационных измерений непрерывным лазером при случайном сдвиге фазы в опорном и предметном пучках.

2. Разработана оптико-электронная схема интерферометра с пассивным сдвигом фазы в регистрируемых изображениях, на основе которой впервые создан помехоустойчивый цифровой спекл-интерферометр (ПЦСИ) для вибро-метрии объектов с усреднением во времени.

3. Определены рабочие характеристики помехоустойчивого ЦСИ, как стендовой системы бесконтактной виброметрии конструкций:

- размеры анализируемой поверхности объекта: 0,2х0,2м2;

- диапазон допустимых частот вибраций анализируемой поверхности 50<£<50 кГц;

- погрешность определения частоты резонансных колебаний

- допустимые значения амплитуды колебания анализируемой поверхности 0,16<А<3 мкм (ХУ2...5А.);

предельно допустимое значение амплитуды внешних возмущающих воздействий Авнеш<2,5 мкм при Евнсш от 3 до 10 Гц, Авнеш<1 мкм при Е,неш от 10 до 25 Гц, Авнеш<0,6 мкм при РВН(;Ш от 25 до 100 Гц.

4. Выполнен анализ составляющих погрешности помехоустойчивого ЦСИ при измерении амплитуды колебаний объекта. При учитывании таких составляющих, как неточность определения середины ширины полосы на спекло-грамме, неоднозначность определения вектора чувствительности интерферометра, искусственность формирования полос нулевой яркости показано,

что суммарная погрешность измерения амплитуды колебаний составляет

ДА<7%.

5. Экспериментально и теоретически определенно, что при внешних гармонических возмущениях, период колебаний которых по величине сравним с периодом регистрации кадров в телекамере, происходит резкое снижение величины предельной амплитуды допустимых воздействий. Экспериментально обнаружен эффект сглаживания возникающих провалов, обусловленный полигармонической природой внешних случайных воздействий.

6. Разработанный помехоустойчивый ЦСИ прошел успешную апробацию:

- при контроле вибраций составных конструкций;

- при изучении влияния внешних условий на резонансные колебания объектов;

- при исследовании колебаний бесконтактно возбуждаемых объектов и гидрогазовых сред.

Подтверждены высокая оперативность и операционная емкость созданного ПЦСИ, возможность совершенствования программного обеспечения для адаптации к исследуемому процессу.

7. На основании исследования видоизменения форм колебаний пластины при двухчастотном возбуждении впервые предложен способ применения ЦСИ для выделения резонансных форм колебаний лопатки, возбуждаемой широкополосным спектром частот.

8. Разработан и прошел апробацию панорамный диагностический комплекс с непрерывными лазерами, впервые позволяющий проводить бесконтактное определение резонансных частот и форм колебаний конструкций с одновременной регистрацией структурных образований и получением количественной информации о распределении параметров потоков, взаимодействующих с конструкцией.

9. Разработанный метод обработки серий спекл-изображений вибрирующей поверхности в схеме ЦСИ без виброизоляции внедрен в СНТК им. Н.Д. Кузнецова. Разработанный и созданный диагностический комплекс на основе помехоустойчивого ЦСИ и систем исследования потоков внедрен в ИАМ при СГАУ. Результаты научных исследований внедрены в СГАУ в учебный процесс специальности 131200 Лазерные системы в ракетной технике и космонавтике при чтении лекций, в курсовом и дипломном проектировании, а также в лабораторной работе «Электронный корреляционный спекл-интерферометр».

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Электронный спекл-интерферометр для внестендовой виброакустической диагностики энергетических установок/ ОА. Журавлев, С.Ю. Комаров, Ю.Н. Шапошников, Ю.Д. Щеглов// Науч-технич сборник "Ракетно-космическая техника", серия XII выпуск 1, Самара, 2000г.С. 200-208.

2. Автоматизированный стенд для вибродиагностики энергоустановок/ В.П. Шорин, О.А. Журавлев, Ю.Н. Шапошников, Ю.Д. Щеглов, СЮ. Комаров//Сб. докл. конференции "Механика и прочность авиационных конструкций":- Уфа: УГАТУ.-2000.-С272-277.

3. Лазернокомпьютерная система виброакустического мониторинга машин и механизмов / Е.В. Шахматов, С.К. Бочкарев, О.А. Журавлев, Ю.Н. Шапошников, ЮД- Щеглов, СЮ. Комаров // Тез. докл. Российской научно-технической конференции «Медико-технические технологии на страже здоровья» Ч.2 -М.: МГТУ им. Баумана. 2000.- С.68-69.

4. Новое направление в специальности лазерные системы / А.И. Ермаков, В.Н. Матвеев, О.А. Журавлев, А.В. Ивченко, СЮ. Комаров // Тез. докл. Российской научно-технической конференции «Медико-технические технологии на страже здоровья» 4.2 -М.: МГТУ им. Баумана 2000.- С.43-44.

5. Сравнительный анализ панорамных средств виброметрии объектов./ О.А. Журавлев, СЮ. Комаров, Ю.Н. Шапошников, Ю.Д. Щеглов //Межвузовский научный сборник «Естествознание, экономика, управление» Вып.2 Самара, СГАУ,2001. С. 36-42

6. Разработка автоматизированного метода исследования вибрационных характеристик энергоустановок / ОЛ.Журавлев, С.Ю.Комаров, К.Н.Попов, А.Б. Прокофьев// Компьютерная оптика. 2001 .№ 21. С7-11.

7. Электронный спекл-интерферометр для определения вибрационных характеристик конструкции/ СЮ. Комаров, К.Н. Попов, Ю Н. Шапошников, Ю.Д. Щеглов //Сб. науч. трудов «Вибрационные машины и технологии», Курск, КГТИ, 2001. С99-103

8. Помехоустойчивый интерферометр для автоматизированной диагностики объектов/ О.А. Журавлев, СЮ. Комаров, Ю.Н. Шапошников, Ю.Д. Щеглов// Сб. докл. Международной науч.-технич.- конференции, посвященной памяти академика Н.Д. Кузнецова, Самара. 2001 С 159-164

9. Комаров С.Ю. Опыт разработки лабораторных работ в системе дистанционного образован ия//Тез. докл. науч.-метод. конференции "Актуальные проблемы университетского образования ". Самара: СГТУ.2001.-С 159

10. Лазерный визуализатор структруры течений/ Е.В. Шахматов, О.А. Журавлев, А.Н. Крючков, СЮ. Комаров, Л.Н. Мединская, Ю.Д. Щеглов// Тез. докл. международной науч.-технич. конференции, посвященной памяти академика Н.Д.Кузнецова Ч 1, Самара, СГАУ, 2001.-С233-234

11. Комаров СЮ. Лазерно-компьютерная автоматизированная установка виброакустической диагностики машин и механизмов.// Материалы всероссийской науч.-технич конференции "Технический ВУЗ -наука, образование и производство в регионе" Ч 2. Тольятти :ТГУ,2001. С3-6

12. Автоматизированный метод исследования вибрационных характеристик энергоустановок/ ОЛ. Журавлев, А.В Гришанов, С.Ю. Комаров, А.С Плясунов, Ю.Н. Шапошников. Ю.Д. Щеглов // Тез. докл. международной науч.-технич. конференции, посвященной памяти академика Н.Д.Кузнецова,Ч-1, Самара, СГАУ, 2001.-С235-237

13. Лазерные системы. Лабораторный практикум. Часть 1/ ОЛ. Журавлев, А.В. Ивченко, СЮ. Комаров, А.И. Кравцов, В.П. Марков, А.И. Федосов, Ю.Н. Шапошников. Под. ред. Шорина В.ПУ Самара, СГАУ,2001 .-78с.

14. Исследование колебаний трубопровода методом цифровой спекл-интерферометрии/ СЮ. Комаров, А.Б. Прокофьев, Ю.Н. Шапошников, Ю.Д. Щеглов// Известия СНЦ РАН. 2ОО2.Т.4,№1С87-90.

15. Разработка лазерной системы визуализации кавитационных процессов на входе в насосные агрегаты мощных энергоустановок/В.П. Шорин, О.А. Журавлев, СЮ. Комаров, и дрУ/Вестник СГАУ №1,Самара 2002.-С119-125

16. Интерферометр для регистрации колебаний трубопроводов// Естествознание, экономика, управлениеУО.А. Журавлев, А.В. Ивченко, СЮ. Комаров, Ю.Н. Шапошников, Ю.Д. Щеглов// Межвузовский научный сборник. «Естествознание, экономика, управление" Т.1, Вып.З, Самара, СГАУ, 2002. С. 43-54.

17. Формирование спеклограмм в оптико-электронной схеме лазерного цифрового спекл-интерферометраУ ОЛ. Журавлев, СЮ. Комаров, Ю.Н. Шапошников, Ю.Д. ЩегловУ/

$117 79

Межвузовский научный сборник. «Естествознание, экономика, управление" Т.1, Вып.З, Самара, СГАУ, 2002.С. 55-62.

18 Комаров С.Ю., Шапошников Ю.Н., Щеглов Ю.Д. Характеристика модельной среды для проведения спекл-интерферометрических исследований и ее возможности.// Межвузовский научный сборник. «Естествознание, экономика, управление" Т.1, Вып.З, Самара, СГАУ, 2002. С. 67-73.

19 Лазерный диагностический стенд для исследования пульсационно-вибрационных процессов гидрогазовых систем/ О А. Журавлев, СЮ. Комаров, Ю.Н. Шапошников, Ю.Д. Щеглов.//Тез докл. международной науч.-технич. конференции «Современные проблемы машиноведения» Учреждение образования «ПТУ им. П.О. Сухого», Гомель, 2002. С.89-90

20 Комаров С Ю., Шапошников Ю.Н., Щеглов Ю.Д. Автоматизированная лабораторная установка для дистанционного образования» // Тез. докл. науч.-метод. конференции «Актуальные проблемы развития университетского технического образования в России» Самара, СГАУ. 2002.-С.158-159

21. Применение цифрового спекл-интерферометра для исследования колебаний трубопроводов / О.А. Журавлев, С.Ю. Комаров, А.Б. Прокофьев и др.// Сб. трудов международной конференции «Прикладная оптика» - С-Пб, 2002.-С.135.

22. Автоматизированная система исследования виброакустических характеристик технических систем и результаты ее применения / О.А. Журавлев, С.Ю. Комаров, Ю.Н. Шапошников, Ю.Д. Щеглов.// Труды всероссийской науч.-технич. конференции "Современные тенденции развития автомобилестроения в России". Тольятти :ТГУ,2003. С.3-6

23. Диагностический комплекс для исследования пульсационно-вибрационных процессов гидрогазовых систем/ В.П. Шорин, Е.В. Шахматов, О.А. Журавлев, Комаров С.Ю., Шапошников Ю.Н., Щеглов Ю.Д.//Тез. докл. международной научно-технич. конференции "Проблемы и перспективы развития двигателестроения", Ч. 1.,Самара, СГАУ, 2003. -С 147-149.

24 Комаров С Ю. Исследование собственных форм колебаний свободной и равномерно нагруженной мембраны // Тез. докл. международной научно-технич. конференции "Проблемы и перспективы развития двигателестроения", Ч. 1.,Самара, СГАУ, 2003. -С 182-184.

25. Журавлев О.А., Молевич Н.Е., Комаров СЮ. Повышение информационной способности метода фигур Хладни // Тез. докл. международной научно-технич. конференции "Проблемы и перспективы развития двигателестроения", Ч. 1.,Самара, СГАУ, 2003. -С 184-186.

26. О внедрении в учебный процесс обучающего комплекса "Фесто-дидактик"/ Гимадиев А.Г., Быстрое Н.Д., Кашапов И.Д., Ермошкин А.З., Комаров СЮУ/Тез. докл. международной научно-технич. конференции "Проблемы и перспективы развития двигателестроения", Ч. 2.,Самара, СГАУ, 2003. -С 53-54.

27. Цифровой спекл-интерферометр для исследования вибрационных характеристик объектов при широкополосном возбуждении/ В.П. Шорин, Д.С. Еленевский, О.А. Журавлев, СЮ. Комаров, и др.//Вестник СГАУ №1,Самара,2003.-С123-130

28. Применение цифрового спекл-интерферометра для исследования многомодовых колеба-НИЙ/ОА Журавлев, СЮ. Комаров, Ю.Н. Шапошников, А.В. Меженин//Вестник СГАУ. Труды международной конференции "Проблемы и перспективы развития двигателестроения" Ч.2. Самара, СГАУ. 2003.-СЗ17-323.

Подписано в печать 23.04.04г. Формат 60x84 1/20 Усл. печ. л. 1,00 Тираж 100 экз. Отпечатано с готовых оригинал макетов в типографии СГАУ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ПАНОРАМНЫХ МЕТОДОВ ВИБРОМЕТРИИ ОБЪЕКТОВ

1.1. Контактные методы исследования колебаний

1.2. Бесконтактные методы исследования колебаний

1.3. Методы цифровой спекл-интерферометрии с импульсным и непрерывным лазерами

1.4. Выводы

1.5. Цель и задачи исследований

2.РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ВИБРОМЕТРИЧЕСКОГО ЦСИ С НЕПРЕРЫВНЫМ ЛАЗЕРОМ К СЛУЧАЙНЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ

2.1. Особенности формирования спеклограмм в оптико-электронной схеме цифрового спекл-интерферометра (ЦСИ)

2.2. Разработка алгоритма статистической обработки спекл-изображений колеблющихся объектов в схеме ЦСИ со случайным сдвигом фазы в интерферирующих пучках

2.3. Разработка оптико-электронной схемы помехоустойчивого ЦСИ для виброметрии объектов с усреднением во времени

2.4. Сравнительные исследования качества получаемых спеклограмм в ЦСИ с регулируемым и случайным сдвигом фазы в опорном и предметном пучках

2.5. Выводы 103 3 .ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО ЦСИ

3.1. Сравнительные исследования резонансных колебаний пластины с помощью помехоустойчивого ЦСИ и методов фигур Хладни и численного моделирования

3.2. Сравнение результатов определения амплитуд резонансных колебаний с помощью ЦСИ и датчиковых методов

3.3. Исследование пределов помехоустойчивости разработанного ЦСИ 117 3.4 Анализ погрешностей определения амплитуды и частоты резонансных колебаний объектов помехоустойчивым ЦСИ

3.5. Выводы 137 4.ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО

ЦСИ ДЛЯ ВИБРОМЕТРИИ КОНСТРУКЦИЙ

4.1. Применение помехоустойчивого ЦСИ для исследования влияния конструкционных особенностей объекта на его резонансные характеристики

4.2. Применение помехоустойчивого ЦСИ для выделения влияния жесткости заделки на колебания отрезка трубопровода

4.3. Исследование особенностей применения помехоустойчивого ЦСИ для виброметрии составных конструкций

4.4. Исследование особенностей применения помехоустойчивого ЦСИ для виброметрии объектов, возбуждаемых на двух резонансных частотах

4.5 Разработка способа применения помехоустойчивого ЦСИ для изучения составляющих спектра резонансных колебаний объекта при многочастотном возбуждении

4.6 Выводы 171 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ ПРИМЕНЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО ЦСИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПУЛЬСАЦИОННО-ВИБРАЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОНСТРУКЦИИ С РАБОЧЕЙ СРЕДОЙ

5.1 Применение помехоустойчивого ЦСИ для выделения влияния условий внешней среды на резонансные колебания объектов 174 5.2. Применение помехоустойчивого ЦСИ совместно с методом лазерного «ножа» для исследования акустических течений, возбуждаемых колеблющейся мембраной в воздухе и жидкости

5.3 Построение диагностического комплекса на основе помехоустойчивого ЦСИ и шлирен-схемы Теплера для исследования пульсационно-вибрационных процессов взаимодействия потока с конструкцией

5.4 Выводы 211 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 213 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 216 ПРИЛОЖЕНИЯ

Развитие авиационной и ракетно-космической техники, сопровождающееся увеличением скорости и дальности полета, грузоподъемности, маневренности и энерговооруженности, неизбежно ставит задачу повышения надежности энергетических установок летательных аппаратов и их систем. Основное внимание научно-исследовательских разработок направлено на повышение функциональной и параметрической надежности пневмо- и гидромеханических агрегатов и трубопроводов, на долю которых приходится 50-60% от суммарного числа отказов, происходящих в процессе работы изделий [7,21,31,70]. Основными факторами, снижающими работоспособность пневмо-гидросистем, являются резонансные колебания механических элементов и пульсации рабочей среды, вызывающие виброакустические нагрузки [13, 16, 26, 27,67,107]. Они являются причиной таких нежелательных явлений, как разгерметизация соединений, интенсивный износ рабочих поверхностей золотников, клапанов и других управляющих элементов. В некоторых случаях виброакустические нагрузки приводят к нарушению работы насосов, трубопроводов, агрегатов и систем [54,59,73,109].

Повышение надежности и снижение динамических нагрузок в пневмо- гидромеханических системах летательных аппаратов возможно за счет совершенствования конструктивных параметров их узлов и агрегатов. Для этого необходима экспериментальная информация о пульсационно-вибрационных процессах, происходящих в этих системах [70, 89,91]. Здесь требуются диагностические средства, позволяющие получать новые качественные и количественные данные о пульсационных процессах в потоках и проводить их корреляцию с вибрационными характеристиками конструкции, взаимодействующей с потоком [8,12, 48, 110]. Изучение и научное обоснование процессов пульсационно-вибрационного взаимодействия позволит предложить новые механизмы снижения динамических нагрузок и повышения надежности в пневмо-гидромеханических системах энергетических установок [68,96,104].

В настоящее время при исследовании пульсационно-вибрационных процессов доминирует датчиково - спектральный подход [12, 48, 68, 83, 89, 96,104, 110], также все большее распространение получают методы численного моделирования [42,83,84,85,108]. Однако при взаимодействии динамических процессов в рабочей среде с колеблющейся конструкцией возникают явления, характерные для нелинейного волнового режима [104]. Пространственно - временное описание таких динамических процессов датчиковыми методами является весьма сложным и плохо применимым для решения конкретных инженерных задач. Применяемые в численных моделях колеблющихся конструкций допущения, краевые и граничные условия приводят к значительной идеализации изучаемого объекта [68,96].

В этих условиях большую научную значимость приобретают панорамные методы исследования, обеспечивающие бесконтактное определение собственных частот и форм колебаний, выделения структурных образований в потоках рабочих сред, визуализацию процессов взаимодействия газожидкостных потоков с элементами конструкций, стенками колеблющихся трубопроводов.

Диагностический комплекс для одновременной регистрации динамических процессов в газожидкостных средах, и записи амплитудно-частотных характеристик конструкционных элементов, отличается научной новизной. Он может быть создан на основе современных информационных технологий, которые все в большей степени базируются на лазерной технике и методах когерентной оптики.

В настоящее время широко распространены лазерные диагностические системы, позволяющие проводить бесконтактные автоматизированные исследования скоростных характеристик потоков методом светового «ножа», а также градиентных образований в оптически прозрачных средах шлирен-методом Теплера [37,38]. Эти системы с непрерывным лазером отличаются простотой конструкции и эффективно применяются для исследования как свободных, так и внутри-корпусных течений, что позволяет использовать их в составе диагностического комплекса для регистрации динамических процессов в рабочих средах.

Однако в настоящее время отсутствует автоматизированный метод на основе непрерывного лазерного излучения для определения резонансных частот и форм колебаний конструкции, позволяющий бесконтактно получать информацию о распределении амплитуд колебаний по всей исследуемой поверхности объекта в условиях нестабильности оптической схемы, обусловленной как взаимодействием потока с конструкцией, так и отсутствием виброизоляции диагностической установки [97]. Разработка такого метода является актуальной проблемой, решение которой позволит создавать диагностические комплексы для получения наиболее полной информации о пульсационно-вибрационных процессах в реальных технических системах.

Методы голографической интерферометрии относятся к наиболее информативным при исследовании колебаний протяженных объектов. Однако использование этих методов с непрерывным источником излучения ограниченно повышенными требованиями оптических схем интерферометров к вибрационной стабильности. Необходимость применения высокоразрешающих фотоматериалов (более 1000 штрих./мм) затрудняет автоматизацию процесса измерения. Также важным ограничением является высокая чувствительность голографической интерферометрии к неоднородностям оптически прозрачной среды. Указанные факторы затрудняют применение голографической интерферометрии при исследовании взаимодействия гидрогазовой среды с конструкцией в схемах на просвет.

В настоящее время наиболее совершенным методом исследования форм собственных колебаний объекта является корреляционная спекл-интерферометрия [18,29]. В данном методе регистрируется не голограмма, имеющая высокие пространственные частоты, а низкочастотная спекл-структура на изображении объекта, неизбежно возникающая при освещении диффузного объекта когерентным светом. Низкая частота спекл-структуры позволяет отказаться от фотографической регистрации изображения и воспользоваться более прогрессивными средствами телевизионной и вычислительной техники, как это и реализуется в цифровых спекл-интерферометрах (ЦСИ).

Однако современные ЦСИ с непрерывным лазером сохранили присущие еще голографическим интерферометрам недостатки, связанные с большой металлоемкостью оптического стола, находящегося на воздушных подушках, и необходимостью размещения установок в подвальных помещениях или на специальном фундаменте [34]. Это ограничивает возможности применения ЦСИ с усреднением во времени для получения резонансных характеристик реальных конструкций и, тем более, исследования пульсационно-вибрационных процессов возбуждения колебаний технических систем. Важным моментом является изучение существующих наработок в области создания методов и средств повышения вибростабильности интерферометров. Для повышения стабильности оптико-электронной схемы интерферометра необходим поиск новых технологий.

В связи с этим, диссертация посвящена разработке метода регистрации цифровых спеклограмм резонансно колеблющихся объектов в условиях механической нестабильности спекл-интерферометра с непрерывным лазером и созданию на его основе помехоустойчивого цифрового спекл-интерферометра для бесконтактного контроля резонансных форм и частот колебаний деталей и узлов технических систем различного назначения. Основные положения, выносимые на защиту:

- физические основы механизма формирования спеклограмм в оптико-электронной схеме ЦСИ с непрерывным лазером;

- метод обеспечения функционирования ЦСИ в условиях повышенных динамических нагрузок и программный продукт для его реализации;

- оптико-электронная схема ЦСИ с пассивным сдвигом фазы между опорным и предметным пучками, обусловленным случайными колебаниями элементов оптического стола;

- результаты определения уровня соответствия данных спеклограмм с другими методами виброметрии;

- результаты экспериментального исследования влияния жесткости заделки на резонансные колебания трубопровода; влияния элементов крепления диска на его формы колебаний; присоединенной массы на резонансные характеристики мембраны;

- результаты исследования трансформации форм резонансных колебаний пластины при двухчастотном возбуждении пространственно разнесенными вибраторами;

- результаты разработки способа применения ЦСИ для исследования вибрационных характеристик лопаток ГТД при широкополосном возбуждении;

- методики применения панорамных методов исследования вибрационных характеристик технических систем, возбуждаемых пульсационными процессами в гидрогазовых средах. Результаты совместного применения ПЦСИ с оптико-электронными схемами шлирен-метода Теплера и метода лазерного «ножа» для исследования пульсационно вибрационных взаимодействий.

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Автоматические системы энергетических установок» (АСЭУ) Самарского государственного аэрокосмического университета в соответствии с планами госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ.

Экспериментальные исследования проводились на стендовом оборудовании кафедры АСЭУ и Института акустики машин при СГАУ, а также на оборудовании Самарского научно-технического комплекса имени академика Н.Д. Кузнецова (СНТК им. Н.Д. Кузнецова).

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, библиографии и приложений.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. В результате выполненных исследований разработан метод статистической обработки серий спекл-изображений колеблющихся объектов с помощью ЭВМ, впервые обеспечивающий проведение вибрационных измерений непрерывным лазером при случайном сдвиге фазы в опорном и предметном пучках.

2. Разработана оптико-электронная схема интерферометра с пассивным сдвигом фазы в регистрируемых изображениях, на основе которой впервые создан помехоустойчивый цифровой спекл-интерферометр (ПЦСИ) для виброметрии объектов с усреднением во времени.

3. Определены рабочие характеристики помехоустойчивого ЦСИ, как стендовой системы бесконтактной виброметрии конструкций: л

- размеры анализируемой поверхности объекта: 0,2x0,2м ;

- диапазон допустимых частот вибраций анализируемой поверхности 50<£<50 кГц;

- погрешность определения частоты резонансных колебаний Д£<5%;

- допустимые значения амплитуды колебания анализируемой поверхности 0,16<А<3 мкм (А./4.5А,);

- предельно допустимое значение амплитуды внешних возмущающих воздействий Авнеш<2,5 мкм при Рвнеш от 3 до 10 Гц, Авнеш<1 мкм при Рвнеш от 10 до 25 Гц, Авнеш<0,6 мкм при Рвнеш от 25 до 100 Гц.

4. Выполнен анализ составляющих погрешности помехоустойчивого ЦСИ при измерении амплитуды колебаний объекта. При учитывании таких составляющих, как неточность определения середины ширины полосы на спеклограмме, неоднозначность определения вектора чувствительности интерферометра, искусственность формирования полос нулевой яркости показано, что суммарная погрешность измерения амплитуды колебаний составляет ДА<7%.

5. Экспериментально и теоретически определенно, что при внешних гармонических возмущениях, период колебаний которых по величине сравним с периодом регистрации кадров в телекамере, происходит резкое снижение величины предельной амплитуды допустимых воздействий. Экспериментально обнаружен эффект сглаживания возникающих провалов, обусловленный полигармонической природой внешних случайных воздействий.

6. Разработанный помехоустойчивый ЦСИ прошел успешную апробацию:

- при контроле вибраций составных конструкций;

- при изучении влияния внешних условий на резонансные колебания объектов;

- при исследовании колебаний бесконтактно возбуждаемых объектов и гидрогазовых сред.

Подтверждены высокая оперативность и информационная емкость созданного ПЦСИ, возможность совершенствования программного обеспечения для адаптации к исследуемому процессу.

7. На основании исследования видоизменения форм колебаний пластины при двухчастотном возбуждении впервые предложен способ применения ЦСИ для выделения резонансных форм колебаний лопатки, возбуждаемой широкополосным спектром частот.

8. Разработан и прошел апробацию панорамный диагностический комплекс с непрерывными лазерами, впервые позволяющий проводить бесконтактное определение резонансных частот и форм колебаний конструкций с одновременной регистрацией структурных образований и получением количественной информации о распределении параметров потоков, взаимодействующих с конструкцией.

1. Разработанный метод обработки серий спекл-изображений вибрирующей поверхности в схеме ЦСИ без виброизоляции внедрен в СНТК им. Н.Д. Кузнецова. Разработанный и созданный диагностический комплекс на основе помехоустойчивого ЦСИ и систем исследования потоков внедрен в ИАМ при СГАУ. Результаты научных исследований внедрены в СГАУ в учебный процесс специальности 131200 Лазерные системы в ракетной технике и космонавтике при чтении лекций, в курсовом и дипломном проектировании, а также в лабораторной работе «Электронный корреляционный спекл-интерферометр». проектировании, а также в лабораторной работе «Электронный корреляционный спекл-интерферометр».

1. А/С № SU 1714380 G 01/ Н 9/00, Брытков Г.А. Способ исследования форм колебаний- опубл. 28.04.92. Бюл. № 7

2. Авербух А.З, Вейцман Р.И., Генкин М.Д. Колебания элементов конструкций в жидкости. М.: Наука, 1987.-158 с.

3. Автоматизированная система измерений характеристик малогабаритных узлов /В.Г. Атавин, A.A. Мохнатов, Ю.В. Худяков, Е.Ф. Юрчук //Измерительная техника.№ 12,1999. С. 41-44

4. Автоматизированный стенд для вибродиагностики энергоустановок/ В.П. Шорин, O.A. Журавлев, Ю.Н. Шапошников, Ю.Д. Щеглов, С.Ю. Комаров//Сб. докл. конференции "Механика и прочность авиационных конструкций":- Уфа: УГАТУ.-2000.-С.272-277.

5. Автоматический контроль и диагностика систем управления силовыми установками летательных аппаратов/В.М. Васильев, Ю.М. Гусев, А.И. Иванов и др. -М.: Машиностроение. 1989.-240с.

6. Акимов В.М., Современные проблемы испытаний авиационных двигателей.-В.кн. Научные проблемы авиации и космонавтики. История и современность. М.: Наука, 1985.-200 с.

7. Анафьев И.В. Справочник по расчету собственных колебаний упругих систем. -М.: Гостехиздат, 1946.-223с.

8. Атавин В.Г., Худяков Ю.В., Куранов В.В. Влияние качания датчиков вибрации на погрешность их калибровки/Измерительная техника, 2003, №10, С.34-35

9. Бабаков И.М. Теория колебаний. -М.: Наука, 1965. -560с.

10. Барков A.B. Возможности нового поколения систем мониторинга и диагностики.//Металлург, № 11, 1998, С.32-36

11. Башта Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов. М.: Машиностроение. 1967.-495с.

12. Белов И.А. Взаимодействие неравномерных потоков с преградами. JL: Машиностроение, 1983.-144 с.

13. Боровой В.Я. Метода лазерного «ножа» для диагностики пространственных двухфазных течений// Сб. научн. тр. «Методы лазерной диагностики однофазных и двухфазных течений»: Минск: ИТМО, 1978, С.93-99.

14. Боровский Б.И., Чучеров А.И., Хитрик B.JI. О спектральном составе сил, возбуждающих вибрации в турбомашинах//Изв.ВУЗов. Авиационная техника.-1986.-№3.-С.49-51

15. Бутусов М.М. Голографическая виброметрия с временным усреднением -особенности записи интерференционной картины //Опт. и спектр., 1974, т.37, С.532-538.

16. Вест Ч. Голографическая интерферометрия. М.: Мир, 1982 . - 504 с.

17. Вибрации в технике: Справочник. В 6-и т./Ред. совет: В.Н.Челомей, Т. 5. Измерения и испытания. М.Машиностроение, 1981. - 496 с.

18. Власов Н.Г., Пресняков Ю.П., Штанько А.Е. Внестендовое исследование объектов//Измерительная техника,1974, №12 С.52-53

19. Гликман Б.Ф. Автоматическое регулирование ЖРД.- М.: Машиностроение. 1989.-296с.

20. Голографическая интерферометрия фазовых объектов/А.К. Бекетова, А.Ф. Белозеров, А.Н. Березкин и др. JL, Наука, 1979.-232с.

21. Голографические неразрушающие исследования / Под редакцией Эрфа P.M. М.: Машиностроение, 1979 . - 446 с.

22. Горьков Л.П. О силах, действующих на малую частицу в акустическом поле в идеальной жидкости// ДАН СССР. 1961. Т. 140. С.88-96

23. ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования. -М.: Издательство стандартов, 1990.-46 с.

24. Губан В.Ю., Гадионенко А .Я К вопросу расчета резонансной частоты колебаний в клапанах давления//Гидропривод и гидропневмоавтоматика. -Киев, 1970.-Вып.6-С.71-81

25. Гулиенко А.И. Калинин В.М, Влияние механических возмущений на характеристики гидромеханических регуляторов силовых установок//Кавитационные автоколебания в насосных системах.-Киев, 1976.-Ч II.-C.128-134

26. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы .-М.:Наука,1983.-176 с.

27. Джоунс Р, Уайкс К. Голо графическая и спекл-интерферометрия. М.: Мир, 1986.-328 с.

28. Добрянский Г.В. Мартьянова Т.С. Динамика авиационных ГТД. М.: Машиностроение. 1989.-240с.

29. Доводка лопаток 9-й ступени компрессора по высокочастотным колебаниям / Д.С. Еленевский, В.Н. Рассказов, A.A. Владимиров, М.С. Кондрашов, Ю.Н. Шапошников // Новые технологические процессы и надежность ГТД / Сб. ЦИАМ №6(30), 1981, С. 127-134.

30. Еленевский Д.С. Поузловая отработка вибропрочности лопаток ГТД// Вибрационная прочность и надежность двигателей и систем летательных аппаратов. КуАИ, 1981, вып.8, С.29.

31. Еленевский Д.С., Шапошников Ю.Н. Лазерно-компьютерная система анализа спекл-интерферограмм вибрирующих объектов//Известия СНЦ РАН, 1999, N1, С.134-136.

32. Еленевский Д.С., Шапошников Ю.Н. Исследование особенностей колебаний вращающихся тел с конструктивно-поворотной симметрией// Известия СНЦ РАН, 1999, №2, С. 329-334

33. Еленевский Д.С., Шапошников Ю.Н. Исследование процессов звукоизлучения конструкций методами электронной спекл-интерферометрии// Известия СНЦ РАН, 2001, т.З, №2, с.232-237.

34. Есин М.В., Ринкевичюс Б.С., Толкачев A.B. Трехмерная визуализация нестационарных потоков и вихревых образований //Труды VI Междунар. н-техн. конференции «Оптические методы исследования потоков».-М.: МЭИ, 2001-С.236-239.

35. Журавлев O.A., Быстрое Н.Д., Мединская JI.H. Лазерный стенд для диагностики форсунок/Тез. докл. междунар. н-техн. конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения в Поволжском регионе» Самара; СГАУ. 1997.-С.70-71

36. Журавлев O.A., Мединская Л.Н., Шорин В.П. Лазерная диагностика двухфазных течений. Уч. пособ /Куйбыш. авиац. инс-т. Куйбышев, 1989.-74 с.

37. Журавлев O.A., Молевич Н.Е., Комаров С.Ю. Повышение информационной способности метода фигур Хладни // Тез. докл. международной научно-технич. конференции "Проблемы и перспективы развития двигателестроения", Ч. 1.,Самара, СГАУ, 2003. -С. 184-186.

38. Заболоцкий И.Е., Коростылев Ю.А., Шипов P.A. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин.-М.: Машиностроение, 1977.-160с.

39. Загузов И.С., Федичев А.Ф., Зубкова C.B. Математическое моделирование нестационарных течений рабочей среды в гидросистемах// Материалы

40. Всероссийского. н.-технич. Конференции «Гидропривод. Проблемы использования конверсионных разработок в машиностроении». Самара: ГПСО «Импульс», 1994.-С.31-32

41. Зайдель А.Н., Малхасян Л.Г., Маркова Г.В., Островский Ю.И.-ЖТФ,1968, т.З 8, С. 1824-1828.

42. Зарембо Л.К. Акустические течения/ В кн.: Мощные ультразвуковые поля. Под. ред. Л.Д. Розенберга. -М.:Наука,1986.-с.87-128

43. Застрогин Ю.Ф., Застрогин О.Ю., Кулебякин А.З. Лазерные приборы вибрационного контраля и точного позиционирования, М.: Машиностроение, 1995- 320 с.

44. Интерферометр для регистрации колебаний трубопроводов./О.А. Журавлев, A.B. Ивченко, С.Ю. Комаров, Ю.Н. Шапошников, Ю.Д. Щеглов// Межвузовский научный сборник. «Естествознание, экономика, управление" Т.1, Вып.З, Самара, СГАУ, 2002. С. 43-54.

45. Исследование виброактивности регулирующих клапанов системы парораспределения ЦВД паровой турбины К-200-130/В.Ф. Касилов, С.В. Калинин, Гвоздев В.М. и др.//Теплоэнергетика №11,2001.-С. 19-23

46. Исследование колебаний трубопровода методом цифровой спекл-интерферометрии/ С.Ю. Комаров, А.Б. Прокофьев, Ю.Н. Шапошников, Ю.Д. Щеглов// Известия СНЦ РАН. 2002. Т.4, №1 С.87-90.

47. Каневский И.Н. Постоянные силы возникающие в звуковом поле/Акустический журнал, 1961. Т. VII, В.1.-С.З-17

48. Клименко И.С. Голография сфокусированных изображений и спекл-интерферометрия. М.: Наука, 1985 . - 224 с.

49. Козачок А.Г. Голографические методы исследования в экспериментальной механике. М.: Машиностроение, 1984.-175 с.

50. Колесников К.С., Рыбак С.А., Самойлов Е.А. Динамика топливных систем ЖРД.-М.: Машиностроение, 1975.-172с.

51. Комаров A.A. Причины усталостных разрушений трубопроводов самолетов и двигателей//Авиационная промышленность.-1960.-№1.

52. Комаров С.Ю. Исследование собственных форм колебаний свободной и равномерно нагруженной мембраны // Тез. докл. международной научно-технич. конференции "Проблемы и перспективы развития двигателестроения", Ч. 1.,Самара, СГАУ, 2003. -С. 182-184.

53. Корн Д., Корн Т. Справочник по математике для научных сотрудников и инженеров. — М.: Наука, 1970. 720 с.

54. Коробочкин Б.Л. Динамика гидравлических систем станков.- М.: Машиностроение. 1976.-240с.

55. Лазерная анемометрия, дистанционная спектроскопия и интерферометрия. Справочник./ В.П. Клочков, Л.Ф. Козлов, И.В. Потыкевич и др.// Киев: Наукова думка, 1985.-759 с.

56. Лазерные системы. Лабораторный практикум. Часть 1/ O.A. Журавлев, A.B. Ивченко, С.Ю. Комаров и др. Под. ред. Шорина В.П./ Самара, СГАУ,2001 .-78с.

57. Лазерные спекл-корреляционные диагностические технологии для машиностроения и медицины/ Д.А. Зимняков, В.П. Рябухо, В.В. Тучин, С.С. Ульянов // Проблемы машиностроения и надежности машин,1999, №1 С.117-127

58. Лазерный визуализатор структруры течений/ Е.В. Шахматов, O.A. Журавлев, С.Ю. Комаров и др. // Тез. докл. международной науч.-технич. конференции, посвященной памяти академика Н.Д.Кузнецова Ч 1, Самара , СГАУ, 2001.-С.233-234.

59. Леньшин В.В., Шахматов Е.В. Экспериментальные исследования виброакустических свойств трубопроводов с пульсирующей рабочей средой// Научно технический сборник «Ракетно-космическая техника.- Самара,серия XIII, 1996, Т. 1 вып. 1-С. 121-129

60. Леньшин В.В. Исследование виброакустических характеристик элементов гидромеханических систем двигателей летательных аппаратов: Дисс. канд. техн. наук.-Самара, 1997.-193 с.

61. Листовец B.C., Островский Ю.И. Интерференционно-голографические методы анализа вибраций // ЖТФ, 1974, т.44, С. 1345 -1373.

62. Лозовский В.Н. Диагностика топливных и гидравлических агрегатов. М.: Транспорт. 1979.-295с.

63. Майоров В.П., Овчинников Л.Ф., Семин М.С., Рассуждения о телевизионных камерах// Компьютерра, № 16, апрель, 1998 С. 7-9

64. Мерч К.А. Динамика кавитационных пузырьков и кавитирующих жидкостей.- В кн.:Эрозия /под ред. К. Приса.- М.:Мир, 1982, 331-381 с.

65. Островский Ю.М. Бутусов М.М. Островская Г.В. Голографическая интерферометрия.-М: Наука, 1977.-339с.

66. Перри К., Линснер Г. Основы тензометрирования.-М.: Иностранная литература, 1957. 235с.

67. Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара: Справочник. В 2-х кн./Под. ред. В.В. Клюева.-М.: Машиностроение, 1978

68. Применение стробоголографического метода для исследования вибраций / Д.С. Еленевский, P.C. Бекбулатов, Ю.Н. Шапошников и др.//Проблемы прочности, 1976, №5, С. 95-99.

69. Применение цифрового спекл-интерферометра для исследования колебаний трубопроводов / O.A. Журавлев, С.Ю. Комаров, А.Б. Прокофьев и др.// Сб. трудов международной конференции «Прикладная оптика» С-Пб, 2002.-С.135.

70. Прис K.M. Кавитационная эрозия.- В кн. Эрозия /под ред. К.Приса,- М.: Мир, 1982, 269-ЗЗОс.

71. Проблемы нелинейной акустики. Сб. трудов симпозиума IUPAP-IUTAM по нелинейной акустике. Научн. ред. В.К. Кедринский. Новосибирск: СО АН СССР, 1987.-470 с.

72. Прокофьев А.Б. Исследование процессов виброакустического взаимодействия в элементах гидромеханических систем двигателей летательных аппаратов: дис. на соиск. учен. ст. канд. техн. наук.-Самара, 2001.256 с.

73. Прокофьев А.Б. Расчет собственных частот и форм колебаний трубопроводов с помощью программного комплекса. // СНЦ РАН. -Самара, 1999, №2, С. 335-342.

74. Прокофьев А.Б., Шорин В.П. Расчетно-экспериментальный метод исследования динамических характеристик элементов гидравлических систем// Вестник СГАУ, Серия: Проблемы и перспективы развития двигателястроения-Самара,1998, вып.2, ч.2.-С.68-78

75. Прохоренко П.П., Дежкунов Н.В., Коновалов Г.Е. Ультразвуковой капиллярный эффект. Минск: Наука и техника, 1981.-135с.

76. Разработка автоматизированного метода исследования вибрационных характеристик энергоустановок / О.А.Журавлев, С.Ю.Комаров, К.Н.Попов, А.Б. Прокофьев//Компьютерная оптика. 2001.№ 21. С.7-11

77. Разработка лазерной системы визуализации кавитационных процессов на входе в насосные агрегаты мощных энергоустановок/В.П. Шорин, O.A. Журавлев, С.Ю. Комаров и др.//Вестник СГАУ № 1,Самара,2002.-С.119-125.

78. Руденко О.В., Солуян С.И. Теоретические основы нелинейной акустики. Монография. М.: Наука, 1975.-287 с.

79. Рунов Б.Т. Исследование и устранение вибраций паровых турбоагрегатов. М.: Энергоиздат. 1982.-296с.

80. Рябухо В.П. Спекл интерферометрия// Соросовский образовательный журнал, 2001, Т7, №5 С. 102-109

81. Сидоренко М.К. Определение собственных частот колебаний трубопроводов методом простукивания// Вибрационная прочность и надежность авиационных двигателей. Вып. XIX,.-Куйбышев. 1965.-С. 135-142

82. Скотников М. М. Теневые методы в газовой динамике.-М.: Наука, 1976, 196 с.

83. Смирнов В.Н. Курс высшей математики, т.З, ч.2. М.: Высшая школа, 1951, -531с.

84. Снижение виброакустических нагрузок в гидромеханических системах/ А.Г. Гимадиев, А.Н. Крючков, В.В. Леньшин и др. Под ред. Е.В. Шахматова и В.П. Шорина. Самара: СГАУ.1998.-270 с.

85. Сравнительный анализ панорамных средств виброметрии объектов./ O.A. Журавлев, С.Ю. Комаров, Ю.Н. Шапошников, Ю.Д. Щеглов //Межвузовский научный сборник «Естествознание, экономика, управление» Вып.2 Самара, СГАУ,2001. С. 36-42

86. Стробоголографический метод изучения вибраций / А.Н. Зайдель и др.// ЖТФ, 1968, т.38, С. 1824.

87. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М. "Советское радио", 1966. 236 с.

88. Фисенко В.В. Критические двухфазные потоки.- М.: Атомиздат, 1978, 160 с.

89. Фомин H.A. Спекл-интерферометрия газовых потоков.- Минск: Наука и техника, 1989.-168 с.

90. Франсон M. Оптика спеклов.-М.: Мир, 1980 . 171 с.

91. Хачатурян С.А. Волновые процессы в компрессорных установках. -М.: Машиностроение, 1983 .-223с.

92. Цифровой спекл-интерферометр для исследования вибрационных характеристик объектов при широкополосном возбуждении/ В.П. Шорин, Д.С. Еленевский, O.A. Журавлев, С.Ю. Комаров, и др.//Вестник СГАУ № 1,Самара,2003 .-С. 123 -13 0

93. Шапошников Ю.Н. Применение зернистости лазерного излучения для исследования вибрационных характеристик деталей //Проблемы прочности, 1978, N10, С. 111-114.

94. Шахматов Е.В. Методы и средства коррекции параметров динамических процессов в гидромеханических и топливных системах двигателей летательных аппаратов: Дисс. докт. техн. наук.-Самара, 1993.- 333с.

95. Шахматов Е.В., Прокофьев А.Б. Виброакустическая модель прямолинейного неоднородного трубопровода при его силовом возбуждении пульсациями рабочей жидкости// Известия СНЦ РАН. 2000. №1. Т.2. С.135-140.

96. Шорин В.П. Устранение колебаний в авиационных трубопроводах.-М.: Машиностроение, 1980.-156с.

97. Экспериментальный анализ пульсаций давления в пароподводящих органах пароагрегата/ А.Г. Костюк, А.И. Куменко, C.B. Калинин и др.// Теплоэнергетика №6,2000.-С. 50-52

98. Brozeit A., Burke J., Helmerrs H., Active phase stabilization in electronic speckle pattern interferometry without additional optical components// Opt. Commun, 173.1-6(2000) p. 95-100

99. Burch J.M., Tokarski M.J. Production of Multiple Beam Fringes from Photographic Scateres.//Optica Acta, 1968, v.5, p. 101-104.

100. Butters J.N., Leendertz J.A. Holographic and Video Techniques Applied to Engineering measurements//J. Measurement and Control, 1971, v.8, p.344.

101. Doval A.F. A systematic approach to TV holography // Meas. Sci. Technol, 11, p 1-36, (2000)

102. Gasvik K. J. Optical metrology //(Chinchester: Wiley) pp. 108-13, 1987.

103. Gasvik K. J. Vibration analysis of a circular saw blade by means of moire technique and TV-holography//OSA Technical Digest of the Topical Meeting on Hologram Interferometry and Speckle metrology (June 1980), WA6-1.

104. Goodman J.W. Laser Speckle and Related Phenomena.-Berlin: SpringerVerlag, 1975. ch 2.

105. Gupta P.C., Singh K. Time-average hologram interferometry of periodic, noncosinusoidal vibrations//Appl. Phys, 1975, v.6, p.233.

106. Highly sensitive pulsed digital holography for built-in defect analysis with a laser excitation/S. Schedin, G. Pedrini, H. Tiziani, A. Aggarwal, M. Gusev/ Appl. Opt. 40, №1, p. 100-103 (2001)

107. Joenathan C., Khorana B.M., Contrast of the vibration fringe in time-average ESPI/Applied Optics, 31,1992, p.1863-1870

108. Krupka R., Walz Т., Ettemeyer A. New techniques and applications for 3D-brake vibration analysis // SAE Brake Colloquium, San Diego, Oct. 1 -4,2000.

109. Linet V., Lepage A., Van Нефе F. Improvement of body panel FE models through vibration and 3-D-shape image measurements methods, The 2001 international congress and Exhibition on Noise Control Engineering, Netherlands, Hague, 2001.

110. Macovski A., Ramsey S.D., Shaefer L.F. Time -lapse interferometry and contouring using television system//Appl. Opt. 10. p.2722-7 (1971)

111. Molin N.E., Stetson K.A. Measuring combination mode vibration patterns by hologram interferometry// J.Phis.E:Sci. Instr.,2, 609 (1969)

112. Pedrini G., Schedin S., Tiziani H.J. Pulsed digital holography combined with laser vibrometry for 3D measurements of vibrating objects. // Opt. and Lasers in Eng. Article in press. 2002.

113. Pedrini G., Tiziani H., Double pulsed electronic speckle pattern interferometry for vibration analysis//Appl. Opt. 37, p.7857-7862 (1994)

114. Pedrini G., Tiziani H., Zou Y. Digital double pulsed TV-holography// Opt. Lasers Eng. 26, p. 199-219 (1997)

115. Powell R.L., Stetson K.A. Interferometric Analysis by Wavefront Reconstruction //J. Opt. Soc. Am. 1965, v.55, p. 1593.

116. Romero G., Alvares L., Alanis E., Nallim L., Grossi R., Study of a vibrating plate: comparison between experimental (ESPI) and analytical result// Optics and Lasers in Engineering 40, p. 81-90 (2003).

117. Schedin S., Gen P., Phase evaluation and speckle averaging in pulsed television holography// Appl. Opt. 36, p. 3941-3947 (1997)

118. Schirripa G. Spagnolo, Ambrosini D., Paoletti D., Measurement of vibration amplitude by an optical fiber-based moiru interferometer//Optics and Lasers in Engineering 30,p. 213-223 (1998).

119. Schirripa G. Spagnolo, Ambrosini D., Ponticiello A., Paoletti D., Evalution of diffusion in liquids by digital speckle pattern interferometry: computer simulation and experiments// Eur. J. Phys. 17 p.51-59 (1996)

120. Schubach H.R., Eteemeyer A. Automatic vibration mode analysis with ESPI// Dr. Ettemeyer application report №02-99

121. Stetson K.A. New Design for Laser Image-Speckle Interferometer//Opt. Laser Technol.,1970, v.2,p.l79-184.

122. Stetson K.A., Powell R.L. Interferometric Hologram Evaluation and Real-time Vibration Analysis of Diffuse Objects // J. Opt. Soc. Am., 1965, v.55, p. 1694.

123. Tiziani H.J. Application of Speckling for In-Plane Vibration Analysis.// Optica Acta, 1971, N12, p.891-894.

124. Tyson J., Full-field vibration and strain Measurements with 3D ESPI// Sensors. Vol.16. №6. P. 16-22, June, 1999