CN106872014B - 一种超微器件振动固有频率测试系统及测试方法 - Google Patents

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means

Abstract

一种超微器件微小振动固有频率测试系统和方法，该测试系统包括依次连接的信号发生器、功率放大器、激振器、激光位移计组和数字示波器；其中激光位移计组由并联的两个激光探头组成，并事先调整采样频率为所要测量超微器件振动频率范围最高值的四倍以上；本发明还提供上述系统的测试方法，能够对毫米量级微小器件或设备局部微小振动结构振动的固有频率进行检测，可监测的振动位移允许低至几十微米量级。

Description

一种超微器件振动固有频率测试系统及测试方法
技术领域
本发明属于振动检测技术领域，特别涉及一种超微小器件微小振动环境下固有频率测试系统及测试方法。
背景技术
机械设备在运转过程中产生的整体或局部结构振动可能会引起机械结构的疲劳甚至快速破坏。在一些特殊领域，例如卫星、航天/航空器上的精密器械结构振动的不利影响表现可能尤为明显。目前结构振动固有频率检测方法包括锤击法、共振法等。采用应变片等方法来直接测量物体振动情况的接触式测量方法，会带来附加质量而使得超微小结构固有频率发生改变。而利用高速相机的非接触光学图像测试方法又受制于超微小器件超微小振动的成像与图像后处理难度。针对较大尺度结构的常规振动测试方法，对微小器件或设备上的微小局部振动结构难以实施。
发明内容
为了克服现有技术测量超微小器件振动固有频率所存在的问题，本发明提出一种超微小器件振动固有频率测试系统及测试方法，能够对毫米量级尺寸微小器件的振动固有频率进行检测，且受测振动位移可以低至几十微米量级。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种超微小器件振动固有频率测试系统，包括依次连接的信号发生器、功率放大器、激振器、激光位移计组和数字示波器；所述激光位移计组由并联的两个激光探头即第一激光探头4和第二激光探头5以及固定第一激光探头4和第二激光探头5的激光探头基座6组成，第一激光探头4和第二激光探头5根据所要测试的振动频率范围事先调整合适的采样频率，能够实现对小至毫米量级的微小器件或设备包含微小局部结构的振动固有频率实施测量，振动位移量能够低至微米量级；所述激振器包括激振器基座7和固定在激振器基座7上的振动轴1。
所述系统的测试方法，包括超微小器件受测点幅频特性曲线的建立和超微小器件受测点振动固有频率的确定；具体方法如下：
所要测量的超微小器件包括相连接的受测点2和基座部分3，在一定频率的振动下，受测点2和基座部分3会发生相对运动；将激振器置于隔震板8上以减小环境的振动波影响，将所要测量的超微小器件按照所要测量的振动方向固定于激振器的振动轴1上，并使得所关心的受测点2展示于振动轴1外侧方向；将激光位移计组的并联的第一激光探头4和第二激光探头5的激光探头基座6固定在试验过程中与激振器基座7相对静止的位面上，将第一激光探头4和第二激光探头5的光点分别打在所要测量的超微小器件的受测点2和与之紧邻并在振动过程中与受测点发生相对位移的基座部分3；调整激光探头与光点的距离和角度，根据采样定理调整第一激光探头4和第二激光探头5的采样频率大于测试过程所要激振频率范围最高值的4倍以上；测试时，启动激振器并通过信号发生器和功率放大器使得激振器驻留在某一固定频率下振动，第一激光探头4和第二激光探头5采集到的位移数据转化为电信号后，通过数字示波器分别显示出超微小器件的受测点2相对于静止面的振动波形和基座部分3相对于静止面的振动波形；将两个振动波形同时刻电压值作差，得到新的波形，即为所测超微小器件的受测点2相对于基座部分3的振动位移曲线；记录此时信号发生器所发出信号的频率即激振器的激振频率与振动位移曲线的幅值，作为一组数据；逐步改变激振频率并按照上述方法反复试验，根据记录得到一系列频率——幅值数据作图即得到超微小器件的受测点2相对于基座部分3振动的幅频特性曲线；利用得到的幅频特性曲线，根据幅值判别法，即在曲线上找到最大幅值处所对应的激振频率，即为受测超微小器件的振动固有频率。
本发明和现有技术相比较，具备如下优点：
1、本发明所构建的测试系统，在振动位移传感器方面采用了组合使用两个激光探头的激光位移计组。由于激光位移计本身位移检测的高精度(位移测量精度可达微米级别)和精准定位特性，并且不会在振动系统上附加额外质量，因而结合激振器利用共振法能准确地测量低至毫米量级的超微小器件或结构微小局部振动构件的振动固有频率，并且允许测试的振动位移量可低至几十微米量级。
2、本发明方法首先建立不同激振频率下超微小器件或结构微小局部构件相对于与其联接的基座部分的振动位移曲线，从曲线上获取振幅，进一步建立受测点不同频率下的幅频特性曲线，从而实现对超微小器件或结构微小局部构件的振动固有频率检测。
附图说明
图1为本发明测试系统组成框图。
图2为本发明测试系统结构及测试方法示意图。
图3为本发明测试方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明一种超微器件振动固有频率测试系统，包括依次连接的信号发生器、功率放大器、激振器、激光位移计组和数字示波器，激光位移计组由并联的两个激光探头即第一激光探头4和第二激光探头5以及固定第一激光探头4和第二激光探头5的激光探头基座6组成，依据采样定理，调整第一激光探头4和第二激光探头5的采样频率为所测量振动频率范围最大值的四倍以上，，能够实现对小至毫米量级的微小器件或设备包含微小局部结构的振动固有频率实施测量，振动位移量能够低至微米量级；所述激振器包括激振器基座7和固定在激振器基座7上的振动轴1。
如图2和图3所示，本发明还提供上述系统的测试方法，能够对微小器件或设备微小局部结构的振动固有频率进行检测。其中，信号发生器负责生成正弦激励信号，该信号通过功率放大器放大，用以驱动激振器的振动轴1带动固定于其上的所要测量的超微小器件基座部分3产生固定频率的振动。将所要测量的超微小器件按照所要测量的振动方向固定于激振器的振动轴上，并使得所关心的受测部分2展示于振动轴外侧方向。第一激光探头4的光束打在所要测量的超微小器件受测点2上，第二激光探头5的光束打在所要测量的超微小器件上与受测点2相对运动的基座部分3。由于所测振动位移可能非常微小，将激振器基座7置于隔震板8上以减小环境振动的影响。经激光探头测试得到的位移信号输入数字示波器将分别显示出受测物体受测点部分2和基座部分3相对于静止面的振动波形。将两个波形同时刻位移对应作差，即得到所要测量的超微小器件受测点2相对于其基座部分3的振动位移曲线，用示波器读出并记录该曲线的幅值。改变信号发生器的输出频率，反复按照上述步骤试验，即可用记录到的数据做出所要测量的超微小器件受测点2相对于基座部分3振动的幅频特性曲线。读取该曲线上幅值最大点对应的频率，即为所要测量的超微小器件受测点的振动固有频率。

Claims (1)

1.一种超微小器件振动固有频率测试系统的测试方法，所述测试系统包括依次连接的信号发生器、功率放大器、激振器、激光位移计组和数字示波器；所述激光位移计组由并联的两个激光探头即第一激光探头(4)和第二激光探头(5)以及固定第一激光探头(4)和第二激光探头(5)的激光探头基座(6)组成，第一激光探头(4)和第二激光探头(5)根据所要测试的振动频率范围事先调整合适的采样频率，能够实现对小至毫米量级的微小器件或设备包含微小局部结构的振动固有频率实施测量，振动位移量能够低至微米量级；所述激振器包括激振器基座(7)和固定在激振器基座(7)上的振动轴(1)；
其特征在于：所述测试方法包括超微小器件受测点幅频特性曲线的建立和超微小器件受测点振动固有频率的确定；具体方法如下：
所要测量的超微小器件包括相连接的受测点(2)和基座部分(3)，在一定频率的振动下，受测点(2)和基座部分(3)会发生相对运动；将激振器置于隔震板(8)上以减小环境的振动波影响，将所要测量的超微小器件按照所要测量的振动方向固定于激振器的振动轴(1)上，并使得所关心的受测点(2)展示于振动轴(1)外侧方向；将激光位移计组的并联的第一激光探头(4)和第二激光探头(5)的激光探头基座(6)固定在试验过程中与激振器基座(7)相对静止的位面上，将第一激光探头(4)和第二激光探头(5)的光点分别打在所要测量的超微小器件的受测点(2)和与之紧邻并在振动过程中与受测点发生相对位移的基座部分(3)；调整激光探头与光点的距离和角度，根据采样定理调整第一激光探头(4)和第二激光探头(5)的采样频率大于测试过程所要激振频率范围最高值的4倍；测试时，启动激振器并通过信号发生器和功率放大器使得激振器驻留在某一固定频率下振动，第一激光探头(4)和第二激光探头(5)采集到的位移数据转化为电信号后，通过数字示波器分别显示出超微小器件的受测点(2)相对于静止面的振动波形和-基座部分(3)相对于静止面的振动波形；将两个振动波形同时刻电压值作差，得到新的波形，即为所测超微小器件的受测点(2)相对于基座部分(3)的振动位移曲线；记录此时信号发生器所发出信号的频率即激振器的激振频率与振动位移曲线的幅值，作为一组数据；逐步改变激振频率并按照上述方法反复试验，根据记录的一系列频率——幅值数据作图即得到超微小器件的受测点(2)相对于基座部分(3)振动的幅频特性曲线；利用得到的幅频特性曲线，根据幅值判别法，即在曲线上找到最大幅值处所对应的激振频率，即为受测超微小器件的振动固有频率。
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