双光栅测微弱振动综述报告

1、 用双光栅测量微弱振动综述报告学院：电气工程学院学号：2180401066姓名:一、实验结果图1音叉的振幅频率曲线二、设计一个利用本仪器测量微小量变化的实验利用双光栅测量微小质量变化。对于双光栅微弱振动测量仪，在调节频率器让音叉谐振以后，改变音叉的附着质量将会对示波器显示的拍频波的个数产生影响，即影响音叉的振幅人小。如此在音叉上附着不同质量的微小物体，可以通过音叉振幅的改变来判断微小物体质量的人小。可设计带有若干凹槽的音叉替代原有音叉，向凹槽内放置不同数量的微小金属块，通过示波器上显示的拍频波个数计算出各相应情况下的音叉振幅，拟合出音叉振幅人小与音叉附着质量关系曲线。对于质量位于本实验所采用的

2、质量区间内的微小物体，都可以通过双光栅微弱振动实验测量出振幅，再利用所得的关系计算出质量大小。三、光栅尺（莫尔条纹）在工业中测量控制微小量的原理光栅尺是由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。标尺光栅一般固定在机床固定部件上,光栅读数头在机床活动部件上，指示光栅在光栅读数头中。图2所示的就是光栅尺的结构。图3-1】光樹淒数头比静，2透tth3-mr光flh4光敏元件！5-更动域炖标尺光柵图2光栅尺结构图以透射光栅为例，当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度6,并且两个光栅尺刻面相对平行放置时，在光源的照射下，位于几乎垂直的栅纹上，形成明暗相间的条纹。这种条纹称为“莫尔条纹”(如图3所

3、示)。严格地说，莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。莫尔条纹中两条亮纹或两条暗纹之间的距离称为莫尔条纹的宽度，以W表示。W二3/2*sin(8/2)二co/8、指示光柵运动方向a)(b)(c)图3莫尔条纹光栅尺传感器系统多采用电子细分方法。当两块光栅以微小倾角重叠时，在与光栅刻线人致垂直的方向上就会产生莫尔条纹，随着光栅的移动，莫尔条纹也随之上下移动。这样就把对光栅栅距的测量转换为对莫尔条纹个数的测量。在一个莫尔条纹宽度内，按照一定间隔放置4个光电器件就能实现电子细分与判向功能。例如，栅线为50线对/mm的光栅尺，其光栅栅距为0.02mm,若采用四细分后便可得到分辨率为5pm

4、的计数脉冲，这在工业普通测控中已达到了很高精度。由于位移是一个矢量，即要检测其大小，又要检测其方向，因此至少需要两路相位不同的光电信号。为了消除共模干扰、直流分量和偶次谐波，通常采用由低漂移运放构成的差分放人器。由4个光敏器件获得的4路光电信号分别送到2只差分放人器输入端，从差分放大器输出的两路信号其相位差为tt/2,为得到判向和计数脉冲，需对这两路信号进行整形，首先把它们整形为占空比为1：1的方波。然后，通过对方波的相位进行判别比较，就可以得到光栅尺的移动方向。通过对方波脉冲进行计数，可以得到光栅尺的位移和速度。.四、利用测量金属的固有频率计算该金属的杨氏模量若将一均匀棒悬挂起来，如图4所示

5、，并使之发生横向振动，其振动方程为空+亘空=0(1)dx4EJdt式中为振动位移,x为纵向变量，为时间,P为棒的密度,S为棒的截面面积,E为棒的杨氏弹性模量称为惯性矩。振动方程为偏微分方程。用分离变量法求解方程(求解过程见附录)，得：圆形棒(2)-1.6067聖/d4式中，/为棒长，d为棒的截面直径，加为棒的质量，/为棒的固有频率。矩形棒=0.9464/2(3)bh式中，b,力分别为棒的宽和厚。在国际单位制中，杨氏模量的单位为牛顿/米2(Nm-2)。实验原理图如5所示。由信号发生器输出的正弦信号，加到激发换能器I上，通过激发换能器I把信号转变成机械振动，再由悬丝把机械振动传给待测试样，使试样受

6、迫做横向振动，试样另一端的悬丝将振动传给接受换能器II,这时机械振动又转变成电信号。该信号送到示波器中显示。当信号发生器的频率不等于待测试样的固有频率时，试样不发生共振，示波器上没有电信号，或波形幅度很小。当信号发生器的频率等于试样的固有频率时，试样发生共振，这时示波器上电信号波形幅度最人，此时信号发生器输出的信号频率，就是试样在该温度下的共振频率，代入公式(2),即可求出该温度下圆形棒试样的杨氏模量。图4五、本实验装置的其他应用1、双光栅衍射成像的研究双光栅双参量的传感研究六、普通光栅和位相光栅的区別由人量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅。一般常用的光栅是在玻璃片上刻出人量平行刻痕

7、制成，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝。精制的光栅，在lcm宽度内刻冇几条乃至上万条刻痕。这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅，还有利用两刻痕间的反射光衍射的光栅，如在镀有金属层的表面上刻出许多平行刻痕，两刻痕间的光滑金属面可以反射光，这种光栅称为反射光栅。位相光栅用位相材料（只有空间位相结构，而透明度一样的透明材料）制成的光栅，是光波通过光栅后，振幅无变化，但位相有周期性的改变，从而改变光栅衍射的光学器件。七、激光多普勒测速原理与本实验原理的相似点激光多普勒测速是根据多普勒效应，当光照射运动着的流体时，激光被跟随流体运动的粒子所散射，散射光的频率发生变化，与入射光的频率之差称为多普勒拍频，检测拍频即可求得流速。本实验是利用了光的多普勒频移形成光拍从而精确测