一、利用光电传感器测量振动的原理：
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发出的光线通过光阑4、镜5反射后投至光电器件6。重物2振动时，镜子5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。
用光电传感器测量振动的原理图
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，它的母线与遮光物3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。
利用缝隙大小变化测量旋转体的振动
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发出的光线经过镜2、3反射后至光电器件5、6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。
激光测量高层建筑振动的示意图
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。
二、利用光栅和示波器测量微小的振动
利用光栅和示波器测量微小振动
图 示出利用光栅和示波器测量微小振动的原理。由光源1发出的光线通过透镜2平行射向光栅3和4，光栅3和4上每一毫米有100条刻线。光栅3固定不动，动光栅4随被测振动体而振动，安装时使光栅3的刻线相对于光栅4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管14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，在电子射线管14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。
三、干涉测振法
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）：
式子中：
ψ--参考光束和测量光束之间的相位差；
λ--单色光波长；
--固定的参考镜和分光棱镜之间的距离；
--可动的测量镜与分光棱镜之间的距离；
χ--测量物随波测物振动而移动的距离。
若被测物作谐振动，即
代入 得 ，再把 代入 得到干涉条纹光强的变化部分为 。
设光电器件工作在线性区，则输出交变的光电信号为：
x与u波形之间的关系
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Z小，干涉条纹移动也Z慢，瞬时频率Z小，光电信号的密度Z疏；在振动位移的平衡位置 、 …处，移动速度Z快，干涉条纹移动也Z快，瞬时频率Z高，光电信号的密度Z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。
当振动频率为 时，计数器记取的条纹频率 为： ，
令记数频率 与被测振动频率 之比为"频率比 "： ，
因此，可以得到被测振幅 与 之间的关系： ，
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 。
图（a）为测振仪的原理图，图（b）为测振仪计数器的方框图。
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diyi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。
详情见《光电检测原理应用》，大点儿的图书馆里都应该有。
评论
Asyac 
长按识别二维码查看信息详情