双光栅测量微弱振动位移量结果分析

激光双光栅法测量微小位移

一、实验目的

1. 熟悉一种利用光的多普勒频移形成光拍的原理，精确测量微弱振动位移的方法。

2. 作出外力驱动音叉时的谐振曲线。 二、实验仪器

示波器,双光栅微弱振动测量仪。 三、实验原理

当移动光栅相对静止光栅运动时，若有一激光束通过这样的双光栅，便能产生光的多普勒效应。由于光频率甚高，因此必须采用“拍”的方法进行测量，即把频移和非频移的两束光互相平行叠加使之形成光拍，再通过光电检测器检测，取出差频讯号，就可以精确测定微弱振动的位移。 1.位相光栅的多普勒频移：

所谓位相物体就是指那些只有空间的相位结构，而透明度是一样的透

明体。位相物体只能改变入射光的相位，而不影响其振幅。当激光平面波垂直入射到位相光栅时，由于位相光栅上不同的光密和光疏媒质部分对光波的位相延迟作用，使入射的平面波变成出射时的摺曲波阵面，如图4- -1所示，由于衍射干涉作用，在远场，我们可以用大家熟知的光栅方程即（4--1）式来表示：

dsin??n? （4- -1） 式中d为光栅常数，?为衍射角，?为光波波

实验13 双光栅测量微弱振动位移量实验

实验重点预习内容：

1.在实验中怎样产生光拍？

2.如何计算波形数？（画图表示）

3.如何计算微弱振动的位移振幅？写出公式并对每个量进行逐一解释。 4.如何听拍频信号?

多普勒效应：多普勒路过铁路交叉处，发现火车从远而近时汽笛音调变尖，而火车从近而远时，音调变低。提出“多普勒效应”。

拍：根据振动迭加原理，两列速度相同、振动面相同、频差较小而同方向传播的简谐波叠加即形成拍。

本实验是运用多普勒效应与拍效应对振动位移进行测量

一、实验目的

1. 理解利用光的多普勒频移形成光拍的原理； 2. 理解双光栅衍射干涉位移测量原理；

3. 应用双光栅微弱振动测量仪测量音叉振动产生的微小振幅。

二、实验仪器

双光栅微弱振动测量仪、模拟示波器、数字示波器

三、实验原理

1. 位移光栅的多普勒频移

多普勒效应是指光源、接收器、传播介质或中间反射器之间的相对运动所引起的接收器接收到的光波频率与光源频率发生的变化，由此产生的频率变化称为多普勒频移。

由于介质对光传播时有不同的相位延迟作用，对于两束相同的单色光，若初始时刻相位相同，经过相同的几何路径，但在不同折射率的介质中传播，出射时两光的位相则不相同，对于位相光

实验七 双光栅测微振动

一.实验目的

1.熟悉一种利用光的多普勒频移效应，形成光拍的原理,精确测量微弱振动位移的方法。 2.作出外力驱动音叉时的谐振曲线。

3.了解双光栅微弱振动测量仪的原理和使用。

二.实验仪器

双光栅微弱振动测量仪、普通双踪示波器

三. 仪器结构及技术指标

双光栅微弱振动测量仪在力学实验项目中用作音叉振动分析、微振动(位移)测量和光拍研究等。

1. 仪器结构

双光栅微弱振动测量仪面板结构见图1。

图1中，1-光电池座，在顶部有光电池盒，盒前有一小孔光阑，2-电源开关，3-光电池升降手轮，4-音叉座，5-音叉，6-粘于音叉上的光栅（动光栅），7-静光栅架，8-半导体激光器，9-激光器锁紧手轮，10-信号发生器输出功率调节旋钮，11-信号发生器输出频率调节旋钮，12-频率显示窗口，13-三个输出信号插口，Y1拍频信号，Y2音叉驱动信号，X为示波器提供“外触发”扫描信号，可使示波器上的波形稳定。

可以看到，实验所需的激光源、信号发生器、频率计等已集成与一只仪器箱内,只需外配一台普通的双踪示波器即可。

2.技术指标 测量精度: 5μm, 分辨率 1μm 激光器:

EPM7128在光栅位移测量仪中的应用

EPM7128在光栅位移测量仪中的应用

1 光栅位移传感器测量原理

将光源、两块长光栅(指示光栅和标尺光栅)、光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。当两块光栅以微小倾角重叠时，在与光栅刻线大致垂直的方向上就会产生莫尔条纹，在条纹移动的方向上放置光电探测器，可将光信号转换为电信号，这样就可以实现位移信号到电信号的转换。 本文针对输出正弦波的传感器进行了讨论，对于输出为正弦信号的光栅尺，需要对输出信号进行整形。光栅尺的输出信号经过整形后。

将光栅尺输出的信号进行细分，然后辨向，再送入可逆计数器。由于2路信号周期同为T，相位相差90 °，光栅尺中的指示光栅每移动一个栅距，输出电信号就变化一个周期，如果能够把变化的周期数测量出来，就可以测出相对位移。

2 CPLD的选择

本设计中选择的CPLD(复杂可编程逻辑器件)是Altera公司的EPM 7128SLC84-15，它采用CMOS工艺，是一种基于EPROM的器件。该芯片有84个引脚，其中5个用于ISP(In System Programmable)下载，可以方便地对其进行在系统编程。此器件内集成了6 000门，其中典型可用门为2 500

关于振动单位峰峰值mm和速度值mm/s之间的区别和

联系

峰峰值是指振幅,速度是指速度的最大值,还有一个是加速度,也就是速度的变化的快慢．位移对时间的导数是速度，速度对时间的导数就是加速度

2π×频率×振动位移值=振动速度值

（3000r/min对应50HZ，振动稳定时，该公式差不多）

就EPRO系统而讲。瓦振在正常校验卡件时所用是速度传感器。其测量出是振幅的特征值。如物理公式。设振动运动方程是正弦波。A＝asinwt则速度为V＝awsinwt它们的特征值相差如上楼所说。所以一般TSI厂家校验振动探头时给出速度传感器的灵敏度。而后根据卡件的量程设定算出应该的正弦波有效值。不仔细说了。总之在相同的有效电压输入下，频率低则峰峰值 高。而且现场带度传感器过来的信号不能简单地用万用表测量。它们可能分为不同的倍频进行问题分析。大多数电厂都不引进分析系统。所以振动专家也不容易呀。

对于轴振则不用非常考虑频率的问题。但新的数字卡件也引入了很多这方面的功能。这太深了。知道上述问题也就可以在电厂够应用了。

mm/s是振动速度值，一般采用10~1KHz范围内的均方根值，也就是说的振动烈度。7丝就是70um，是振动位移值。一般衡量汽机或者大型设备采用振动位移标准来衡

双光栅测弱振动

在工程技术上，往往需要对微小振动的速率和幅度予以精确的测量，尤其是在航空航天领域，对微弱振动的研究更是有着深远的意义。在众多测量技术中，“双光栅”测量法以其简单实用的优点得到了广泛的应用。双光栅测弱振动是将光栅衍射原理、多普勒频移原理以及光拍测量技术等多学科结合在一起，把机械位移信号转化为光电信号测量弱振动振幅的一个实验。

1实验要求

1. 实验重点

①熟悉一种利用光的多普勒频移效应、形成光拍的原理及精确测量微弱振动位移的方法。

②了解双光栅微弱振动测量仪的原理和使用。

③作出外力驱动音叉时的谐振曲线，并研究影响共振频率和振幅的因素。

2. 预习要点

① 本实验是如何获得光拍的？你觉得还有其它方法产生光拍吗？ ② 由本实验的光拍信号你可以获得哪些信息？

③ 你认为哪些因素会影响共振频率？作外力驱动音叉谐振曲线时,音叉驱动信号的功率需要固定吗?

④ 本实验中如何才能调出光滑的光拍？

2 实验原理

如果移动光栅相对静止光栅运动，使激光束通过这样的双光栅便产生光的多普勒现象，把频移和非频移的两束光直接平行迭加可获得光拍，再通过光的平方律检波器检测，取出差频讯号，可以精确测定微弱振动的位移。

1．位相光栅的多普勒位移

当激光平面波垂

双光栅测弱振动

在工程技术上，往往需要对微小振动的速率和幅度予以精确的测量，尤其是在航空航天领域，对微弱振动的研究更是有着深远的意义。在众多测量技术中，“双光栅”测量法以其简单实用的优点得到了广泛的应用。双光栅测弱振动是将光栅衍射原理、多普勒频移原理以及光拍测量技术等多学科结合在一起，把机械位移信号转化为光电信号测量弱振动振幅的一个实验。

1实验要求

1. 实验重点

①熟悉一种利用光的多普勒频移效应、形成光拍的原理及精确测量微弱振动位移的方法。

②了解双光栅微弱振动测量仪的原理和使用。

③作出外力驱动音叉时的谐振曲线，并研究影响共振频率和振幅的因素。

2. 预习要点

① 本实验是如何获得光拍的？你觉得还有其它方法产生光拍吗？ ② 由本实验的光拍信号你可以获得哪些信息？

③ 你认为哪些因素会影响共振频率？作外力驱动音叉谐振曲线时,音叉驱动信号的功率需要固定吗?

④ 本实验中如何才能调出光滑的光拍？

2 实验原理

如果移动光栅相对静止光栅运动，使激光束通过这样的双光栅便产生光的多普勒现象，把频移和非频移的两束光直接平行迭加可获得光拍，再通过光的平方律检波器检测，取出差频讯号，可以精确测定微弱振动的位移。

1．位相光栅的多普勒位移

当激光平面波垂

双光栅测弱振动

在工程技术上，往往需要对微小振动的速率和幅度予以精确的测量，尤其是在航空航天领域，对微弱振动的研究更是有着深远的意义。在众多测量技术中，“双光栅”测量法以其简单实用的优点得到了广泛的应用。双光栅测弱振动是将光栅衍射原理、多普勒频移原理以及光拍测量技术等多学科结合在一起，把机械位移信号转化为光电信号测量弱振动振幅的一个实验。

1实验要求

1. 实验重点

①熟悉一种利用光的多普勒频移效应、形成光拍的原理及精确测量微弱振动位移的方法。

②了解双光栅微弱振动测量仪的原理和使用。

③作出外力驱动音叉时的谐振曲线，并研究影响共振频率和振幅的因素。

2. 预习要点

① 本实验是如何获得光拍的？你觉得还有其它方法产生光拍吗？ ② 由本实验的光拍信号你可以获得哪些信息？

③ 你认为哪些因素会影响共振频率？作外力驱动音叉谐振曲线时,音叉驱动信号的功率需要固定吗?

④ 本实验中如何才能调出光滑的光拍？

2 实验原理

如果移动光栅相对静止光栅运动，使激光束通过这样的双光栅便产生光的多普勒现象，把频移和非频移的两束光直接平行迭加可获得光拍，再通过光的平方律检波器检测，取出差频讯号，可以精确测定微弱振动的位移。

1．位相光栅的多普勒位移

当激光平面波垂

位移测量装置

1

摘要：作品根据差动变压器互感变化引起输出电压变化的原理，自制线性差动变压器(LVDT)检测外部位移量，整机由4大模块组成，分别为供电模块，正弦信号产生模块，LVDT位移检测与处理模块，单片机控制模块，另外还利用直流电机设计了闭环控制电路。作品采用MSP430作为主控中心，利用内部集成的AD对源自差动变压器的信号进行采样，经线性转换后得到位移量，并显示。测试结果表明本作品测量误差小。测量范围可达到-20mm~+20mm，测量最大绝对误差为1mm。可键盘设定磁棒位移量，驱动磁棒达到设定值，位移误差小于1mm。

关键词：差动变压器 线性 检测

一、 系统设计

本设计为位移检测装置，属于非电量测量仪器。目前对非电量的检测常常采用两种方法。一是将其转换为电量，另外一种是利用非电量自身的特性采用机械装置进行检测。本作品采用前者。

方案一:采用同轴连杆电位器，外部位移带动同轴连杆。利用电桥原理将位移量转换成电压差值信号。

方案二:采用差动变压器，改变磁棒的位移从而改变输出端的电压差值。借助位移与电压差值信号的一一对应关系来找到实际的位移值。本系统应题目要求采用方案二。基本结构图如下:

差动变压器信号调理位移显示增益切换AD直流电机

用双光栅Lau效应测量平板玻璃的折射率

一、实验目的

了解并掌握双光栅Lau效应的基本原理；学会利用双光栅Lau效应法测量平板玻璃的折射率。

二、实验仪器

分光仪1台，钠光灯1台，测微目镜1套，光栅2块，光栅架2个，标准样品1块（n=1.51630），待测样品1块，游标卡尺1把。

三、实验内容

1. 打开钠光灯，3-5分钟后亮度正常；将钠光灯源、平行光管、望远镜调整在

一条直线上；这时在阿贝目镜中应看到清晰的分化板和狭缝像，且狭缝像处于分划板的中央。

2. 将两光栅架套在望远镜筒及平行光管前段，其上分别放置光栅，两光栅间距

建议距离6~8厘米左右；目视两光栅基本平行。

?2）3. 将狭缝逐渐开大，在目镜视场中会看到条状光栅的衍射像（0?1，；调节

栅狭缝的大小，建议：在视场中看到亮的条状光栅的衍射像的宽度和暗条宽度比在1:5~1:2。

4. 仔细调节光栅，直到在各级衍射像的背景上出现平行等间距条纹。 5. 将标准样品放入载物台，记下起始读数，转动载物平台，使衍射像背景上的

条纹移动10条，记下分光计转盘读数；重复三次，将数据填入表格。 6. 取下样品，将待测样品放入光路中，使待测样品的表面垂直光路主光轴； 7. 记下起始读数，转动载物平台，使