求:能测频率的光电仪器(要有详细说明课程设

  可选中1个或多个下面的关键词,搜索相关资料。也可直接点“搜索资料”搜索整个问题。

  对能正常显示的波都能测频率,如果显示的波有周期性,那么相邻两个波峰或者波谷之间的间隔乘上你所选择的扫描周期(单位间隔的时间,通常是横轴)就是波的周期,再取一个倒数就是波的频率。

  

  振动过程中,需要测量的参数是振幅、频率以及加速度等,图1示出测试方法的一部分。在图1(a)中,重物2悬挂于弹簧1,光源3发出的光线也随着振动,因而引起光电器件6上光通量的变化。图1(b)中,光电传感器带有棱镜5与重物2一起振动。若光电器件6上的光通量增大时,另一光电器件6上的光通量减少,反之亦然。两光电器件接成桥式电路,因而灵敏度和稳定性较好。在图1(c)中的光电传感器有成对的光栅5与5。光栅5固定不动,光栅5随着重物2上下振动,因而投射于光电器件6的光通量也随着而变化,它的优点是灵敏度较高,适用于对小位移的测量。

  图2(a)示出测量旋转体或旋转轴振动的原理。在轴或旋转体2的旁边安装不动的遮光物3,它的高低可以用螺丝上下移动。旋转体2不动时,它的母线间形成宽为 的缝隙。若旋转体不对称或者偏心,则转动时缝隙的宽度 要变化,因而由光源1发出照射于光电器件4的光通量以及由它产生的光电流也变化,经过放大后由记录器记录或者示波器显示,这样就可以测试出旋转体振动的频率和振幅。

  为了提高仪器的灵敏度,可以采用两个光电器件。当旋转体振动时使一个光电器件上的电流增大,另一个光电器件上的电流减小,其原理如图 当旋转体4不振动时,光源1发出的光线上的光通量相等。由于电桥这时被调整成平衡,放大器7中无输入信号。当旋转体垂直方向振动时,轴上面的缝隙增大时,下面的缝隙减小(或反之),因此光电器件5、6上的光通量不同,电桥失去平衡,有电压输出,经过放大器7放大后可以由计量器8记录下来。

  图 所示的是用激光束来测定高层建筑风振位移和频率的示意图,整套装置由发射和接收两大部分组成。激光发射部分1放置在建筑物旁的静止地基上,功率为0.4~1毫瓦,由单模氦氖激光器发出发射角为 弧度的光束,经内调焦发射望远镜2、直角棱镜3反射到建筑物顶部的接收靶4上。接收部分安装在建筑物的顶部,由接收靶4、放大和运算器5、记录和示波器6、等部分组成。接收靶由四块或两块光电池的中间,差动放大无输出。当建筑物因风力等原因振动时,光斑在靶中的位置改变,经放大和运算后就可以由记录器或者示波器显示出它的波形来。

  图 示出利用光栅和示波器测量微小振动的原理。由光源1发出的光线条刻线随被测振动体而振动,安装时使光栅3的刻线的刻线倾斜一微小的角度,它们在平行光照射下形成莫尔条纹。当动光栅4相对于定光栅3垂直于刻线反向移动时,莫尔条纹将向平行于光栅刻线的方向移动。光栅每移动一个光栅节距,莫尔条纹就随着移动一个条纹的宽度。

  莫尔条纹的变化由光电器件接收,借助于棱镜和透镜的组合5把各自的视场分别投射于光电器件6、7、8、9,光电器件的布置使它们得到的信号各相差90度,这些信号再经过各自的放大器10、11、12、13放大后加于电子射线的垂直偏转板和水平偏转板。设光电器件6、8的信号相位相反,经过放大后,加于水平偏转板;光电器件7、9的信号相位相反,经放大后加于垂直偏转板。当可动光栅4随着被测对象振动时,莫尔条纹的明暗区域不断变化,光电器件得到的照度不断变化,根据示波器李萨如图形的原理,经过放大后,在电子射线的屏上呈现出圆弧,圆弧的弧长正比于振动的幅度。当圆弧闭合形成一个圆时,振动的振幅等于光栅的节距。因此如果在射线管的屏幕上预先标出圆弧角,则可以从弧长测知振动幅度的大小。

  测量机械振动的干涉装置,可以选用迈克尔逊干涉仪。干涉条纹的光强 可以参考光束和测量光束的光强 和 的合成求得(设不计反射等损耗):

  X与u的波形见上图,光电信号u是一个以 为周期的调制波。这是由于光电信号的频率等于干涉条纹明暗变化的频率,有就是说与振动位移的速度成正比。在振动位移的上极限位置 、 …和下极限位置 、 …处,移动速度最小,干涉条纹移动也最慢,瞬时频率最小,光电信号的密度最疏;在振动位移的平衡位置 、 …处,移动速度最快,干涉条纹移动也最快,瞬时频率最高,光电信号的密度最大。

  若可动测量镜移动 ,光束来回往返就变化了 ,干涉光亮暗变化一次,即可得一个脉冲。 与 之间的时间为振动周期,振动一个周期相当于 变化 ,因此振动一个周期对应的计数脉冲数 可以如下求出: ,或者由计数器计得的脉冲数 可以求出振动的振幅 :

  由于激光的单色性、相干性和波长的稳定性好,所以激光干涉测振仪已经作为各国振动计量的较高基准。

  利用激光测振,由于其波长误差很小(< ),所以可以忽略不计。所以测量的精度取决于计数精度。计数精度决定于光电信号的信噪比(是误计的主要因素)和振幅不能被 除尽时的小数部分记数精度。对于后者可以采用若干周期平均的方法来提高。

  令记数频率 与被测振动频率 之比为频率比 : ,

  实际测量中,用计数器记取条纹变化频率 时,是由被测振动频率 控制的计数器门电路记取的,所以计数器的显示数便是频率比 ,由已知光源波长 ,便可以求出 。

  计数器的控制逻辑是:被测谐振动由拾振器转换成电信号,经过放大以及整形器(2)形成振动脉冲,送到受触发器(2)控制的门(2)。当采样脉冲发生器发来一个采样脉冲使触发器(2)翻转而将门(2)分成两路:一路使触发器(1)翻转而将门(1)打开,让干涉条纹光电信号经过放大以及整形器(1),通过门(1)进入计数器,开始计数;另一路到分频器,分频器是根据所要求平均的振动周期数进行动作的。例如采用8个振动周期,就采用9个分频。当第一个振动脉冲将门(1)打开开始计数后,直到第9个振动脉冲进入分频器时,分频器才有一个脉冲输出。这个分频脉冲分别加到触发器(1)和(2),使它们翻转,而将门(1)和(2)同时关掉,是使连续而来的振动脉冲不能再打开门(1),起到了自锁作用。此时,数码管显示一次Rf读数值。当采样脉冲发生器输出下一个脉冲时,一方面使计数器和分频器复零,同时又使门(2)打开,重复上述测量过程。