用雙光柵測量微弱振動實驗 綜述報告.doc

_頻率/Hz波形數(shù)振幅/mm508.34.250.02125508.56.500.0325508.711.500.0575508.921.250.10625509.115.50.0775509.37.750.03875509.55.00.025509.74.750.02375用雙光柵測量微弱振動實驗 綜述報告班級： 學號姓名： 一 實驗要求1.熟悉一種利用光的多普勒頻移形成光拍的原理，精確測量微弱振動位移的方法；2.作出外力驅動音叉時的諧振曲線。二測量微小質量變化實驗在動光柵上方近端固定一個承載重物的地方，遠端與靜光柵緊密相貼。當放上重物m時，動光柵產(chǎn)生一個相對位移vt，這個位移量相對應于光波位相的變化量為：。由本次實驗可知，移動的位相光柵的n級衍射光波，相對于靜止的位相光柵有一個大小：的多普勒頻率。由此得出質量m和頻率之間的一一對應關系，利用放大的位移與雙光柵的放大效應，可以測量物體的微小質量變化三莫爾條紋在工業(yè)中的測量與控制(1)基本概況：目前，以莫爾條紋技術為基礎的光柵線性位移傳感器發(fā)展十分迅速，光柵長度測量系統(tǒng)的分辨率達到納米級，測量精度已達 0.1um，已成為位移測量領域各工業(yè)化國家競爭的關鍵技術。它的應用非常廣泛，幾乎滲透到社會科學中的各個領域，如機床行業(yè)、計量測試部門、航空航天航海、科研教育以及國防等各個行業(yè)部門。 (2)常見用途：光柵尺經(jīng)常應用于數(shù)控機床的閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，可用作直線位移或者角位移的檢測。其測量輸出的信號為數(shù)字脈沖，具有檢測范圍大，檢測精度高，響應速度快的特點。例如，在數(shù)控機床中常用于對刀具和工件的坐標進行檢測，來觀察和跟蹤走刀誤差，以起到一個補償?shù)毒叩倪\動誤差的作用。(3)工作原理：當使指示光柵上的線紋與標尺光柵上的線紋成一角度來放置兩光柵尺時，必然會造成兩光柵尺上的線紋互相交叉。在光源的照射下，交叉點近旁的小區(qū)域內由于黑色線紋重疊，因而遮光面積最小，擋光效應最弱，光的累積作用使得這個區(qū)域出現(xiàn)亮帶。相反，距交叉點較遠的區(qū)域，因兩光柵尺不透明的黑色線紋的重疊部分變得越來越少，不透明區(qū)域面積逐漸變大，即遮光面積逐漸變大，使得擋光效應變強，只有較少的光線能通過這個區(qū)域透過光柵，使這個區(qū)域出現(xiàn)暗帶，從而便形成了我們所見到的莫爾條紋。當指示光柵上的線紋和標尺光柵上的線紋之間形成一個小角度，并且兩個光柵尺刻面相對平行放置時，在光源的照射下，位于幾乎垂直的柵紋上，形成明暗相間的條紋。這種條紋稱為“莫爾條紋” 。嚴格地說，莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。莫爾條紋中兩條亮紋或兩條暗紋之間的距離稱為莫爾條紋的寬度，以W表示。W= /2* sin（ /2）= / 莫爾條紋具有以下特征：1莫爾條紋的變化規(guī)律兩片光柵相對移過一個柵距，莫爾條紋移過一個條紋距離。由于光的衍射與干涉作用，莫爾條紋的變化規(guī)律近似正(余)弦函數(shù)，變化周期數(shù)與光柵相對位移的柵距數(shù)同步。2放大作用在兩光柵柵線夾角較小的情況下，莫爾條紋寬度W和光柵柵距、柵線角之間有下列關系。式中，的單位為rad，W的單位為mm。由于傾角很小，sin很小，則W= /若 =001mm，=0.01rad，則上式可得W=1，即光柵放大了100倍。(4)莫爾條紋形成機理的理論：1基于陰影成像原理：認為由條紋構成的軌跡可表示莫爾條紋的光強分布；2基于衍射干涉原理：認為由條紋構成的新的光強分布可按衍射波之間的干涉結果來描述；3基于傅立葉變換原理：認為形成的莫爾條紋是由低于光柵頻率項所組成。 這三種理論都可以解釋莫爾條紋現(xiàn)象。一般來說，光柵刻線較疏的可用遮光陰影原理來解釋，而光柵刻線較密的用衍射干涉原理來解釋則更為恰當。四利用金屬固有頻率測量楊氏模量的方法動態(tài)懸掛法：根據(jù)棒的橫振動方程 （1） 用分離變量法解該方程，對圓形棒得 （2）上兩式中，E 為楊氏模量，l 為棒長，d 為棒直徑，S 為棒截面積， 為棒的密度，m 為棒的 質量，f 為棒橫振動的固有頻率，J 為極性矩。由式（2）可知，測定出試樣（棒）在不同溫度時的固有頻率 f 及各力學參數(shù)，即可計算出它在不同溫度時的楊氏模量。五本