CN205580589U - 一种利用双光栅测量微弱振动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用双光栅测量微弱振动装置，包括信号输出接口、数字显示器、蜂鸣器、音叉、激光信号接收器、动光栅、静光栅和半导体激光发生器；从半导体激光发生器发出激光信号，经静光栅和动光栅产生衍射条纹，投射到激光信号接收器；由于双光栅紧贴，激光束具有一定宽度故该光束能平行叠加，这样就直接而又简单地形成了光拍；音叉用于产生微弱振动；光源发出的光束经双光栅产生干涉衍射条纹，通过连续改变音叉的质量分布得到微弱位移量随音叉质量分布的变化曲线，从而得到准确的微弱振动位移量。本实用新型实现了对不同发生源产生的微弱振动和连续改变音叉质量分布得到的微弱振动的测量，具有适用范围广、操作简单和测量精度高的特点。

Description

一种利用双光栅测量微弱振动装置

技术领域

本实用新型涉及一种微弱振动测量领域，具体地说，涉及一种通过改变音叉有效质量来测量微弱振动的装置。

背景技术

目前，对于微弱振动的精密测量问题是自动化、机械化等领域经常面临的一个问题。在以往有关研究音叉质量分布对微弱振动的影响的实验测量中利用小棒放在音叉固定的插孔上来改变音叉的有效质量或者利用橡皮泥粘着在音叉的固定插孔上。小棒质量过轻，适用性较差，且不能稳定在音叉上，会使拍频波产生毛刺；而使用橡皮泥则不能重复利用，且实验时间延长，橡皮泥会变干。这样除了带来操作上的繁琐外，还会使测量精度降低。

实用新型内容

本实用新型正是为了解决上述技术问题而设计的一种利用双光栅测量微弱振动装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种利用双光栅测量微弱振动装置，包括信号输出接口、数字显示器、蜂鸣器、音叉、激光信号接收器、动光栅、静光栅和半导体激光发生器；从半导体激光发生器发出激光信号，经过静光栅和动光栅产生衍射条纹，投射到激光信号接收器；音叉上有个负重调节旋钮可以连续调节音叉的质量分布，通过增减垫片来改变音叉的有效质量，螺丝用以固定负重调节旋钮的位置，螺丝拧手用以调节螺丝，夹片用以固定螺丝位置；蜂鸣器驱动音叉振动，动光栅固定在音叉末端；静光栅与动光栅平行构成双光栅，静光栅通过位置调节螺母微调其位置；半导体激光发生器通过激光发生器位置调节螺母调整其位置，通过激光功率调节旋钮调节激光强度；信号输出接口包括Y1、Y2和X接口，Y1接拍频信号，Y2接音叉驱动信号，X为示波器提供“外触发”扫描信号；数字显示器包括功率调节显示和频率调节显示，用于显示当前的频率和功率。

所述一种利用双光栅测量微弱振动装置，其音叉驱动信号经频率粗调螺旋、频率细调螺旋和功率调节螺旋连接到蜂鸣器。

所述一种利用双光栅测量微弱振动装置，其示波器为数字示波器，通过测量激光信号接收器上的信号，读取拍频波个数。

所述一种利用双光栅测量微弱振动装置，其螺丝、螺丝拧手和夹片为质量较轻的塑料部件。

所述一种利用双光栅测量微弱振动装置，其夹片中间有螺纹，螺丝可以固定在其上。

本实用新型的有益效果是克服了小棒颤动和橡皮泥不够准确等因素对微弱振动测量的影响，能够实现对不同发生源产生的微弱振动的测量，以及连续改变音叉质量分布得到的微弱振动的测量，具有适用范围广、操作简单和测量精度高的特点。

附图说明

图1为本实用新型测量装置的示意图。

图2为本实用新型测量装置局部A放大示意图。

图3为图2a-a方向剖面图。

图4为图2b-b方向剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1－4所示，本实用新型一种利用双光栅测量微弱振动装置，包括信号输出接口1、数字显示器2、蜂鸣器3、音叉20、激光信号接收器8、动光栅10、静光栅11和半导体激光发生器13；从半导体激光发生器13发出激光信号，经过静光栅11和动光栅10产生衍射条纹，投射到激光信号接收器8；音叉20上有个负重调节旋钮9可以连续调节音叉20的质量分布，通过增减垫片18来改变音叉20的有效质量，螺丝16用以固定负重调节旋钮9的位置，螺丝拧手17用以调节螺丝16，夹片19用以固定螺丝位置；蜂鸣器3驱动音叉20振动，动光栅10固定在音叉20末端；静光栅11与动光栅10平行构成双光栅，静光栅11通过位置调节螺母12微调其位置；半导体激光发生器13通过激光发生器位置调节螺母14调整其位置，通过激光功率调节旋钮15调节激光强度；信号输出接口1包括Y1、Y2和X接口，Y1接拍频信号，Y2接音叉驱动信号，X为示波器提供“外触发”扫描信号；数字显示器2包括功率调节显示和频率调节显示，用于显示当前的频率和功率。

所述一种利用双光栅测量微弱振动装置，其音叉驱动信号经频率粗调螺旋4、频率细调螺旋5和功率调节螺旋6连接到蜂鸣器3。

所述一种利用双光栅测量微弱振动装置，其示波器为数字示波器，通过测量激光信号接收器8上的信号，读取拍频波个数。

所述一种利用双光栅测量微弱振动装置，其螺丝16、螺丝拧手17和夹片19为质量较轻的塑料部件。

所述一种利用双光栅测量微弱振动装置，其夹片19中间有螺纹，螺丝16可以固定在其上。

仪器原理为：当激光平面波垂直入射到位相光栅（衍射光栅）上时，由于光栅的衍射干涉作用而发生衍射，在远场（无限远处或透镜的焦平面上）形成衍射图样。如果由于光栅在某一特定方向以速度v移动着，则出射的衍射波的波阵面也以速度v在同一方向移动。则移动的位相光栅的n级衍射光波，相对于静止的位相光栅有一个多普勒频移。光的频率非常高，为了要从光频中检测出多普勒频移量，必须采用“拍”的方法。即把已频移的和未频移的光束互相平行叠加，形成光拍。本实验形成光拍的方法是采用两片完全相同的光栅平行紧贴，一片11静止（固定在底座上），另一片10相对移动（固定在音叉上随音叉振动而上下运动）。激光通过双光栅后各自形成衍射光波在光栅后还要相互叠加，在远场为两种以上平行光束的叠加。移动的光栅10起频移作用，而静止不动光栅11起衍射作用，故通过双光栅后出射的衍射光包含了两种以上不同频率而又平行的光束，由于双光栅紧贴，激光束具有一定宽度故该光束能平行叠加，这样就直接而又简单地形成了光拍。当此光拍讯号进入光电检测器，可得到光拍讯号的频率，光拍讯号的频率与光频率无关，且当光栅密度为常数时，只正比于光栅移动速度，如果把动光栅10粘在音叉上，则动光栅10是周期性变化的，所以光拍信号频率也是随时间而变化的，由音叉驱动器驱动音叉产生的微弱振动的位移振幅可直接在示波器的荧光屏上计算波形数而得到。在微弱振动的测量中，影响因素有音叉20的振动频率，驱动功率，音叉质量分布等等，本实用新型重点研究音叉质量分布这个影响因素。

具体测量过程为：首先打开电源开关7，调节激光发生器位置调节螺母14与激光功率调节旋钮15得到合适的激光，调节静光栅位置调节螺母12使动光栅10与静光栅12的刻痕处于平衡状态。从半导体激光发生器13发出激光信号，经过静光栅11和动光栅10发生上述的衍射，产生衍射条纹，固定频率粗调螺旋4、频率细调螺旋5和功率调节螺旋6，调节负重调节旋钮9以连续改变音叉20的质量分布，或增减垫片18来改变音叉20的有效质量，从数字示波器上读取拍频波个数，计算求得微弱振动，得到了微弱位移量随音叉质量分布的较准确的数据。

对于本领域的技术人员应该理解，本发明中的半导体激光发生器13仅作为光源，提供发生衍射的光束，其它能够提供单色光的光源也可使用；所述的数字示波器作为读取拍频波个数和微弱振动位移量的一种工具，其它能够读取拍频波个数和微弱振动位移量变化的元件也可使用；所述的音叉20作为微弱振动的提供装置，其它能够提供微弱振动的元件也可利用此实现对其质量分布的连续改变，可测的准确的微弱振动。

该装置适用于螺丝16、螺丝拧手17、夹片19等零件质量较轻的仪器，建议这些零件的材料选择塑料，否则无法实现通过增减垫片18来改变音叉20有效质量，同时对微弱振动的测量误差也较大。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下得出的其他任何与本实用新型相同或相近似的产品，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用双光栅测量微弱振动装置，包括信号输出接口（1）、数字显示器（2）、蜂鸣器（3）、音叉（20）、激光信号接收器（8）、动光栅（10）、静光栅（11）和半导体激光发生器（13）；其特征在于：从半导体激光发生器（13）发出激光信号，经过静光栅（11）和动光栅（10）产生衍射条纹，投射到激光信号接收器（8）；音叉（20）上有个负重调节旋钮（9）可以连续调节音叉（20）的质量分布，通过增减垫片（18）来改变音叉（20）的有效质量，螺丝（16）用以固定负重调节旋钮（9）的位置，螺丝拧手（17）用以调节螺丝（16），夹片（19）用以固定螺丝位置；蜂鸣器（3）驱动音叉（20）振动，动光栅（10）固定在音叉（20）末端；静光栅（11）与动光栅（10）平行构成双光栅，静光栅（11）通过位置调节螺母（12）微调其位置；半导体激光发生器（13）通过激光发生器位置调节螺母（14）调整其位置，通过激光功率调节旋钮（15）调节激光强度；信号输出接口（1）包括Y1、Y2和X接口，Y1接拍频信号，Y2接音叉驱动信号，X为示波器提供“外触发”扫描信号；数字显示器（2）包括功率调节显示和频率调节显示，用于显示当前的频率和功率。

2.根据权利要求1所述的一种利用双光栅测量微弱振动装置，其特征在于：音叉驱动信号经频率粗调螺旋（4）、频率细调螺旋（5）和功率调节螺旋（6）连接到蜂鸣器（3）。

3.根据权利要求1所述的一种利用双光栅测量微弱振动装置，其特征在于：示波器为数字示波器，通过测量激光信号接收器（8）上的信号，读取拍频波个数。

4.根据权利要求1所述的一种利用双光栅测量微弱振动装置，其特征在于：螺丝（16）、螺丝拧手（17）和夹片（19）为塑料部件。

5.根据权利要求1所述的一种利用双光栅测量微弱振动装置，其特征在于：夹片（19）中间有螺纹，螺丝（16）可以固定在其上。