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求：設計一種光電檢測儀測物體振動頻率 (急?。。。。?

利用適當?shù)臋z測方法，選擇合適的光電器件，設計一種方法測量較高頻率彈性振動。: 問提問者：網友 | 2017-09-03

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一、利用光電傳感器測量振動的原理：振動過程中，需要測量的參數(shù)是振幅、頻率以及加速度等，圖1示出測試方法的一部分。在圖1（a）中，重物2懸掛于彈簧1，光源3發(fā)出的光線通過光闌4、鏡5反射后投至光電器件6。重物2振動時，鏡子5也隨著振動，因而引起光電器件6上光通量的變化。圖1（b）中，光電傳感器帶有棱鏡5與重物2一起振動。若光電器件6上的光通量增大時，另一光電器件6'上的光通量減少，反之亦然。兩光電器件接成橋式電路，因而靈敏度和穩(wěn)定性較好。在圖1（c）中的光電傳感器有成對的光柵5與5'。光柵5固定不動，光柵5'隨著重物2上下振動，因而投射于光電器件6的光通量也隨著而變化，它的優(yōu)點是靈敏度較高，適用于對小位移的測量。用光電傳感器測量振動的原理圖圖2（a）示出測量旋轉體或旋轉軸振動的原理。在軸或旋轉體2的旁邊安裝不動的遮光物3，它的高低可以用螺絲上下移動。旋轉體2不動時，它的母線與遮光物3間形成寬為的縫隙。若旋轉體不對稱或者偏心，則轉動時縫隙的寬度要變化，因而由光源1發(fā)出照射于光電器件4的光通量以及由它產生的光電流也變化，經過放大后由記錄器記錄或者示波器顯示，這樣就可以測試出旋轉體振動的頻率和振幅。利用縫隙大小變化測量旋轉體的振動為了提高儀器的靈敏度，可以采用兩個光電器件。當旋轉體振動時使一個光電器件上的電流增大，另一個光電器件上的電流減小，其原理如圖當旋轉體4不振動時，光源1發(fā)出的光線經過鏡2、3反射后至光電器件5、6上的光通量相等。由于電橋這時被調整成平衡，放大器7中無輸入信號。當旋轉體垂直方向振動時，軸上面的縫隙增大時，下面的縫隙減?。ɑ蚍粗虼斯怆娖骷?、6上的光通量不同，電橋失去平衡，有電壓輸出，經過放大器7放大后可以由計量器8記錄下來。激光測量高層建筑振動的示意圖圖所示的是用激光束來測定高層建筑風振位移和頻率的示意圖，整套裝置由發(fā)射和接收兩大部分組成。激光發(fā)射部分1放置在建筑物旁的靜止地基上，功率為0.4~1毫瓦，由單模氦氖激光器發(fā)出發(fā)射角為弧度的光束，經內調焦發(fā)射望遠鏡2、直角棱鏡3反射到建筑物頂部的接收靶4上。接收部分安裝在建筑物的頂部，由接收靶4、放大和運算器5、記錄和示波器6、等部分組成。接收靶由四塊或兩塊光電池的中間，差動放大無輸出。當建筑物因風力等原因振動時，光斑在靶中的位置改變，經放大和運算后就可以由記錄器或者示波器顯示出它的波形來。二、利用光柵和示波器測量微小的振動利用光柵和示波器測量微小振動圖示出利用光柵和示波器測量微小振動的原理。由光源1發(fā)出的光線通過透鏡2平行射向光柵3和4，光柵3和4上每一毫米有100條刻線。光柵3固定不動，動光柵4隨被測振動體而振動，安裝時使光柵3的刻線相對于光柵4的刻線傾斜一微小的角度，它們在平行光照射下形成莫爾條紋。當動光柵4相對于定光柵3垂直于刻線反向移動時，莫爾條紋將向平行于光柵刻線的方向移動。光柵每移動一個光柵節(jié)距，莫爾條紋就隨著移動一個條紋的寬度。莫爾條紋的變化由光電器件接收，借助于棱鏡和透鏡的組合5把各自的視場分別投射于光電器件6、7、8、9，光電器件的布置使它們得到的信號各相差90度，這些信號再經過各自的放大器10、11、12、13放大后加于電子射線管14的垂直偏轉板和水平偏轉板。設光電器件6、8的信號相位相反，經過放大后，加于水平偏轉板；光電器件7、9的信號相位相反，經放大后加于垂直偏轉板。當可動光柵4隨著被測對象振動時，莫爾條紋的明暗區(qū)域不斷變化，光電器件得到的照度不斷變化，根據(jù)示波器李薩如圖形的原理，經過放大后，在電子射線管14的屏上呈現(xiàn)出圓弧，圓弧的弧長正比于振動的幅度。當圓弧閉合形成一個圓時，振動的振幅等于光柵的節(jié)距。因此如果在射線管的屏幕上預先標出圓弧角，則可以從弧長測知振動幅度的大小。三、干涉測振法測量機械振動的干涉裝置，可以選用邁克爾遜干涉儀。干涉條紋的光強可以參考光束和測量光束的光強和的合成求得（設不計反射等損耗）：式子中：ψ--參考光束和測量光束之間的相位差；λ--單色光波長； --固定的參考鏡和分光棱鏡之間的距離； --可動的測量鏡與分光棱鏡之間的距離；χ--測量物隨波測物振動而移動的距離。若被測物作諧振動，即代入得，再把代入得到干涉條紋光強的變化部分為。設光電器件工作在線性區(qū)，則輸出交變的光電信號為：x與u波形之間的關系X與u的波形見上圖，光電信號u是一個以為周期的調制波。這是由于光電信號的頻率等于干涉條紋明暗變化的頻率，有就是說與振動位移的速度成正比。在振動位移的上極限位置、 …和下極限位置、 …處，移動速度最小，干涉條紋移動也最慢，瞬時頻率最小，光電信號的密度最疏；在振動位移的平衡位置、 …處，移動速度最快，干涉條紋移動也最快，瞬時頻率最高，光電信號的密度最大。若可動測量鏡移動，光束來回往返就變化了，干涉光亮暗變化一次，即可得一個脈沖。與之間的時間為振動周期，振動一個周期相當于變化，因此振動一個周期對應的計數(shù)脈沖數(shù) 可以如下求出：，或者由計數(shù)器計得的脈沖數(shù) 可以求出振動的振幅：由于激光的單色性、相干性和波長的穩(wěn)定性好，所以激光干涉測振儀已經作為各國振動計量的較高基準。利用激光測振，由于其波長誤差很?。ǎ?），所以可以忽略不計。所以測量的精度取決于計數(shù)精度。計數(shù)精度決定于光電信號的信噪比（是誤計的主要因素）和振幅不能被除盡時的小數(shù)部分記數(shù)精度。對于后者可以采用若干周期平均的方法來提高。當振動頻率為時，計數(shù)器記取的條紋頻率為：，令記數(shù)頻率與被測振動頻率之比為"頻率比 "：，因此，可以得到被測振幅與之間的關系：，實際測量中，用計數(shù)器記取條紋變化頻率時，是由被測振動頻率控制的計數(shù)器門電路記取的，所以計數(shù)器的顯示數(shù)便是頻率比，由已知光源波長，便可以求出。圖（a）為測振儀的原理圖，圖（b）為測振儀計數(shù)器的方框圖。計數(shù)器的控制邏輯是：被測諧振動由拾振器轉換成電信號，經過放大以及整形器（2）形成振動脈沖，送到受觸發(fā)器（2）控制的門（2）。當采樣脈沖發(fā)生器發(fā)來一個采樣脈沖使觸發(fā)器（2）翻轉而將門（2）分成兩路：一路使觸發(fā)器（1）翻轉而將門（1）打開，讓干涉條紋光電信號經過放大以及整形器（1），通過門（1）進入計數(shù)器，開始計數(shù)；另一路到分頻器，分頻器是根據(jù)所要求平均的振動周期數(shù)進行動作的。例如采用8個振動周期，就采用9個分頻。當?shù)谝粋€振動脈沖將門（1）打開開始計數(shù)后，直到第9個振動脈沖進入分頻器時，分頻器才有一個脈沖輸出。這個分頻脈沖分別加到觸發(fā)器（1）和（2），使它們翻轉，而將門（1）和（2）同時關掉，是使連續(xù)而來的振動脈沖不能再打開門（1），起到了自鎖作用。此時，數(shù)碼管顯示一次Rf讀數(shù)值。當采樣脈沖發(fā)生器輸出下一個脈沖時，一方面使計數(shù)器和分頻器復零，同時又使門（2）打開，重復上述測量過程。詳情見《光電檢測原理應用》，大點兒的圖書館里都應該有。: 回答者：網友

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