專(zhuān)利名稱(chēng)：非接觸結(jié)構(gòu)微振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光測(cè)力學(xué)、振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和分析等技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及非接觸結(jié)構(gòu)微 振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的振動(dòng)監(jiān)測(cè)多采用接觸式測(cè)量，如利用壓電式加速度傳感器的測(cè)量方法，此 類(lèi)加速度傳感器在安裝的時(shí)候多采用蠟或者小螺栓結(jié)構(gòu)等來(lái)固定。一般情況下，蠟會(huì)影響 結(jié)構(gòu)阻尼的測(cè)量；小螺栓結(jié)構(gòu)和加速度傳感器自身的附加重量會(huì)影響結(jié)構(gòu)的模態(tài)從而導(dǎo)致 結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量的誤差，特別是對(duì)于結(jié)構(gòu)比較輕的場(chǎng)合。而且，加速度傳感器所能測(cè)量的頻 率范圍有個(gè)最小值，即所謂的“截止頻率”，一般在0.1 ~ 1 Hz,這就限制了超低頻振動(dòng)的測(cè) 量。在高精密微電子生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域中，有關(guān)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)低頻振動(dòng)成份嚴(yán)重影響著精密儀 器的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種非接觸結(jié)構(gòu)微振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，該裝置改變了光學(xué)相干層 析系統(tǒng)只能用于檢測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部特性的現(xiàn)狀，使得光學(xué)相干層析系統(tǒng)可以拓展到振動(dòng)工程領(lǐng) 域。本發(fā)明技術(shù)方案如下
本發(fā)明非接觸結(jié)構(gòu)微振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于包括熱光源
(1)、透鏡(2，4和8)、小孔(3)、分光鏡(5)、參考鏡(6)、待檢測(cè)的振動(dòng)結(jié)構(gòu)(7)、光纖 (9)、光譜儀(10)和帶有數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的電腦(11)，熱光源(1)、透鏡(2)、小孔(3)、 透鏡(4)、分光鏡(5)、待檢測(cè)的振動(dòng)結(jié)構(gòu)(7)成一直線(xiàn)排列，其垂直方向上排列有參考鏡、分光鏡(5)、透鏡(8);透鏡(8)的光路信號(hào)連接到光纖(9)的一端，光纖(9)的另一端 連接到光譜儀(10)的輸入端，光譜儀(10)的輸出端通過(guò)通訊總線(xiàn)與帶有數(shù)據(jù)采集和處理 系統(tǒng)的電腦(11)相連接。該裝置能實(shí)現(xiàn)高精度實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，特別是微米級(jí)的振動(dòng)檢測(cè)。該裝 置直接測(cè)量結(jié)構(gòu)的振動(dòng)位移，檢測(cè)精度可以達(dá)到亞微米級(jí)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)裝置圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的振動(dòng)結(jié)構(gòu)圖3為利用本發(fā)明檢測(cè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的時(shí)域(a)和頻域圖(b)。
具體實(shí)施例方式
參看圖1，包括熱光源
(1)、透鏡(2，4和8)、小孔(3)、分光鏡(5)、參考鏡(6)、待檢測(cè)的振動(dòng)結(jié)構(gòu)(7)、光纖、光譜儀(10)和帶有數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的電腦(11)，熱光源(1)、透鏡(2)、小孔(3)、 透鏡(4)、分光鏡(5)、待檢測(cè)的振動(dòng)結(jié)構(gòu)(7)成一直線(xiàn)排列，其垂直方向上排列有參考鏡 (6)、分光鏡(5)、透鏡(8);透鏡(8)的光路信號(hào)連接到光纖(9)的一端，光纖(9)的另一端 連接到光譜儀(10)的輸入端，光譜儀(10)的輸出端通過(guò)通訊總線(xiàn)與帶有數(shù)據(jù)采集和處理 系統(tǒng)的電腦(11)相連接。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用實(shí)例，具體是粘貼在電子喇叭(12)上的有機(jī)玻璃 (13)。該結(jié)構(gòu)的振動(dòng)是由NI卡(14)驅(qū)動(dòng)電子喇叭產(chǎn)生。圖3給出了該結(jié)構(gòu)振動(dòng)的時(shí)域波形(a)和頻域波形(b)。由圖3(b)可以獲知結(jié)構(gòu) 振動(dòng)的頻率和幅值。該系統(tǒng)直接測(cè)量結(jié)構(gòu)的振動(dòng)位移，檢測(cè)精度可以達(dá)到亞微米級(jí)。本發(fā)明的工作過(guò)程如下熱光源(1)是由鎢絲鹵素?zé)舢a(chǎn)生，其發(fā)出的光經(jīng)過(guò)凸透 鏡(2)產(chǎn)生熱光源的像，再利用小孔(3)得到其中一鎢絲發(fā)出的光。該光經(jīng)過(guò)透鏡(4)聚 光，然后利用分光鏡(5)將光分成兩路，一路光照到參考鏡，另一路光照到待檢測(cè)的振動(dòng)結(jié) 構(gòu)(7)。兩束光分別在參考鏡和振動(dòng)結(jié)構(gòu)表面發(fā)生反射到分光鏡的另一側(cè)發(fā)生雙光束干涉 并由透鏡(8)將光聚入光纖。光纖的另一端連接到光譜儀(10)的輸入端，光譜儀的輸出端 通過(guò)通訊總線(xiàn)將光譜信號(hào)傳送至帶有數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的電腦(11)。在電腦上完成實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)采集，利用頻域光譜分析方法實(shí)時(shí)提取振動(dòng)結(jié)構(gòu)表面位移的時(shí)域數(shù)據(jù)曲線(xiàn)(如圖3 (a) 所示)，并且利用傅立葉變換算法由時(shí)域曲線(xiàn)得到振動(dòng)的頻域曲線(xiàn)(如圖3(b)所示)，從中就 可以獲得結(jié)構(gòu)振動(dòng)的參數(shù)，比如振動(dòng)幅值和振動(dòng)頻率。該發(fā)明改變了光學(xué)相干層析系統(tǒng)目前只能用于檢測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部特性的現(xiàn)狀，首次將 光學(xué)相干層析系統(tǒng)拓展到振動(dòng)工程領(lǐng)域。它是一種非接觸的振動(dòng)測(cè)量方法，不需要將傳感 器安裝在結(jié)構(gòu)上，從而不會(huì)因傳感器自身的重量影響結(jié)構(gòu)的模態(tài)而導(dǎo)致測(cè)量的誤差(比如 壓電式加速度傳感器)。另外由于本發(fā)明采用頻譜較寬的熱光源，所以檢測(cè)精度和動(dòng)態(tài)范圍 極高，可實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)的微振動(dòng)測(cè)量。另外，該測(cè)量系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)較大的振動(dòng)檢測(cè)范圍，可以 從零赫茲到幾千赫茲(最大的檢測(cè)頻率要根據(jù)光譜儀的性能而定)，完全可以滿(mǎn)足工程領(lǐng)域 的振動(dòng)測(cè)量。特別是在超低頻振動(dòng)領(lǐng)域，由于該發(fā)明不存在前面所述的“截止頻率”，所以它 在高精密儀器的振動(dòng)測(cè)量和振動(dòng)控制上有著非常廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
一種非接觸結(jié)構(gòu)微振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于包括熱光源(1)、透鏡(2， 4和8)、小孔(3)、分光鏡 (5)、參考鏡(6)、待檢測(cè)的振動(dòng)結(jié)構(gòu)(7)、光纖(9)、光譜儀(10)和帶有數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的電腦(11)，熱光源(1)、透鏡(2)、小孔(3)、透鏡(4)、分光鏡 (5)、待檢測(cè)的振動(dòng)結(jié)構(gòu)(7)成一直線(xiàn)排列，其垂直方向上排列有參考鏡(6)、分光鏡 (5)、透鏡(8)；透鏡(8)的光路信號(hào)連接到光纖(9)的一端，光纖(9)的另一端連接到光譜儀(10)的輸入端，光譜儀(10)的輸出端通過(guò)通訊總線(xiàn)與帶有數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的電腦(11)相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非接觸結(jié)構(gòu)微振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于包括熱光源、透鏡、小孔、分光鏡、參考鏡、待檢測(cè)的振動(dòng)結(jié)構(gòu)、光纖、光譜儀和帶有數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的電腦，熱光源、透鏡、小孔、透鏡、分光鏡、待檢測(cè)的振動(dòng)結(jié)構(gòu)成一直線(xiàn)排列，其垂直方向上排列有參考鏡、分光鏡、透鏡；透鏡的光路信號(hào)連接到光纖的一端，光纖的另一端連接到光譜儀的輸入端，光譜儀的輸出端通過(guò)通訊總線(xiàn)與帶有數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的電腦相連接。該裝置能實(shí)現(xiàn)高精度實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，特別是微米級(jí)的振動(dòng)檢測(cè)。該裝置直接測(cè)量結(jié)構(gòu)的振動(dòng)位移，檢測(cè)精度可以達(dá)到亞微米級(jí)。
文檔編號(hào)G01H9/00GK101907485SQ201010261380
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者楊曉翔, 沈耀春, 鐘舜聰 申請(qǐng)人:福州大學(xué)