CN108317959A - 一种基于劈尖干涉的垂直振动位移检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于劈尖干涉的垂直振动位移检测装置，属于精密测量领域。包括单色点光源、准直透镜、劈尖干涉装置、倾斜支杆、底板、垂直支杆、质量块、弹簧、CCD相机、数据处理机。第一半反半透镜与第二半反半透镜构成夹角为θ的劈尖干涉装置。本发明通过数据处理机接收CCD相机实时拍摄的干涉条纹，并通过信号处理得到干涉条纹间距实时变化情况，从而得到底板在垂直方向产生的振动位移的大小及振动频率。本发明装置设计独特，结构简单，能够有效地检测垂直振动信息，如振动频率及振动位移，具有精度高、响应快、动态范围大等优点。

Description

一种基于劈尖干涉的垂直振动位移检测装置

技术领域

本发明属于精密测量领域，特别涉及一种基于劈尖干涉的垂直振动位移检测装置。

背景技术

由于抗电磁干扰、高精度、高灵敏度等优点，光学传感器越来越广泛地应用于各种物理量的测量，如温度、应力、磁场、方位、振动等，这里提出了一种基于劈尖干涉的垂直振动位移检测装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于劈尖干涉的垂直振动位移检测装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于劈尖干涉的垂直振动位移检测装置，包括单色点光源、准直透镜、劈尖干涉装置、倾斜支杆、底板、垂直支杆、质量块、弹簧、CCD相机、数据处理机。其中第一半反半透镜与第二半反半透镜构成夹角为θ的劈尖干涉装置。单色点光源产生一束激光，波长在380nm至769nm的可见光光谱范围内；准直透镜将单色点光源产生的发散激光经过准直为平行光束；平行光束以与第二半反半透镜法线方向经过劈尖干涉装置后，在第一半反半透镜下表面形成明暗相间的劈尖干涉条纹；CCD相机实时拍摄在第一半反半透镜下表面形成明暗相间的劈尖干涉条纹。底板在垂直方向产生位移，劈尖干涉装置整体发生位移，由于质量块的惯性，在劈尖干涉装置整体移动时，质量块保持相对静止，使得质量块与底板发生相对位移，从而将平台的位移经弹簧传递给质量块，使劈尖干涉装置的夹角发生变化，从而使得在第一半反半透镜下表面形成明暗相间的劈尖干涉条纹间距发生变化；数据处理机接收CCD相机实时拍摄的干涉条纹，并通过信号处理得到干涉条纹间距实时变化情况，从而得到底板在垂直方向产生的振动位移的大小及振动频率。

本发明所能检测的振动的位移量和频率响应范围取决于装置中质量块的质量与弹簧的弹性系数，在针对不同的测量参量时，通过对质量块的质量与弹簧的弹性系数进行计算，以满足测量参量的变化范围。

本发明采用以上技术方案，具备以下有益效果：

一、采用基于劈尖干涉的干涉装置，具有精度高、响应快及动态范围大等优点。

二、劈尖干涉装置与数据处理机可以分离，可以用于非接触式的测量***。

三、装置结构设计简单，易于操作，容易实现装置性能提高的相关改进。

四、通过计算质量块的质量与弹簧的弹性系数，对装置进行适应性设计。

附图说明

图1为本发明一种基于劈尖干涉的垂直振动位移检测装置原理图。

图中各组件与附图标记之间的对应关系为：

1-单色点光源，2-准直透镜，3-劈尖干涉装置，3-1第一半反半透镜，3-2-第二半反半透镜，4-倾斜支杆，5-底板，6-垂直支杆，7-质量块，8-弹簧，9-CCD相机，10-数据处理机。

具体实施方式

本发明采用一种基于劈尖干涉的垂直振动位移检测装置，如图1所示。包括单色点光源1、准直透镜2、劈尖干涉装置3、倾斜支杆4、底板5、垂直支杆6、质量块7、弹簧8、CCD相机9、数据处理机10。第一半反半透镜3-1与第二半反半透镜3-2构成夹角为θ的劈尖干涉装置3，单色点光源1产生一束激光，波长在380nm至769nm的可见光光谱范围内；准直透镜2将单色点光源1产生的发散激光经过准直为平行光束；平行光束以与第二半反半透镜3-2法线方向经过劈尖装置3后，在第一半反半透镜3-1下表面形成明暗相间的劈尖干涉条纹。

本发明一种基于劈尖干涉的垂直振动位移检测装置，其各零件的连接为刚性连接设计，那么在底板5产生位移或震动时，由于质量块7的惯性，弹簧8发生形变，质量块7与底板5产生相对位移，当弹簧8恢复形变时，拉动倾斜支杆4上下运动，从而使得第一半反半透镜3-1与第二半反半透镜3-2构成的劈尖装置3的夹角θ发生变化，导致入射光与反射光的光程差变化。

本发明一种基于劈尖干涉的垂直振动位移检测装置的动态范围和能够检测的位移范围取决于质量块7的质量与弹簧8的弹性系数，假设质量块7质量为m、位移为x，弹簧8的弹性系数为k，则由动力学得到：

求解可得质量块7作简谐振动，其固有频率为：

由上式可知本发明的固有频率与质量块7的开方成反比，与弹簧8的弹性系数开方成正比，如果要测量的振动位移频率较低，则设计中要求质量块7与弹簧8的谐振频率尽量小些，采用质量大的质量块7和弹性系数小的弹簧8；如果要测量的振动位移频率较高，则设计中要求质量块7与弹簧8的谐振频率尽量大些，采用质量小的质量块7和弹性系数大的弹簧8。如果本发明是在平台振动下做受迫振动，只在意相对位移，也不会影响到振动位移的测量。

本发明中劈尖干涉装置3中第一半反半透镜3-1与第二半反半透镜3-2的夹角为θ，倾斜支杆4长度为L，本发明检测到的干涉条纹明暗间距为变化量为Δl，介质折射率为n，单色点光源1产生激光波长为λ，垂直方向振动位移为ΔE，则有：

本发明中的CCD相机9实时拍摄在第一半反半透镜3-1下表面形成明暗相间的劈尖干涉条纹。

本发明中的数据处理机10接收CCD相机9实时拍摄的干涉条纹，并通过信号处理得到干涉条纹间距实时变化情况，从而得到底板5在垂直方向产生的振动位移的大小及振动频率。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于劈尖干涉的垂直振动位移检测装置，其特征在于：包括单色点光源、准直透镜、第一半反半透镜、第二半反半透镜、倾斜支杆、底板、垂直支杆、质量块、弹簧、CCD相机、数据处理机。

所述单色点光源产生一束激光，波长在380nm至769nm的可见光光谱范围内。

所述准直透镜镜单色点光源产生的发散激光经过准直为平行光束。

所述第一半反半透镜与第二半反半透镜构成夹角为θ的劈尖干涉装置，平行光束以与第二半反半透镜法线方向经过劈尖干涉装置后，在第一半反半透镜下表面形成明暗相间的劈尖干涉条纹。

所述CCD相机实时拍摄在第一半反半透镜下表面形成明暗相间的劈尖干涉条纹。

2.根据权利要求1所述的一种基于劈尖干涉的垂直振动位移检测装置，其特征在于：所述底板在垂直方向产生位移，劈尖干涉装置整体发生位移，由于质量块的惯性，在劈尖干涉装置整体移动时，质量块保持相对静止，使得质量块与底板发生相对位移，从而将平台的位移经弹簧传递给质量块，使劈尖干涉装置的夹角发生变化，从而使得在第一半反半透镜下表面形成明暗相间的劈尖干涉条纹间距发生变化。

3.根据权利要求1所述的一种基于劈尖干涉的垂直振动位移检测装置，其特征在于：所述数据处理机接收CCD相机实时拍摄的干涉条纹，对信号处理得到干涉条纹间距实时变化情况，从而得到底板在垂直方向产生的振动位移的大小及振动频率。