激光测振在振动计量中的发展概况及作用

0　引言

        振动是外力作用在弹性体后产生周期运动的一种自然现象,振动的研究与测试在工程应用和科学测量中占有非常重要的地位。当代工程中各种机械系统,如大型发电设备,重型机械,汽车,船舶,航空航天设备等,都不断向着高速度、高精度、高准确度方向发展。由于振动载荷加快了机械设备的失效,降低机器设备的使用寿命甚至导致损坏酿成事故,并且振动产生的噪音会污染环境危害健康,因此如何测量振动并采取措施降低成为当前理论研究的热点。

        激光具有能量集中、方向性和相干性好、能如实地负载物体光波信息等特性,可用于常规方法难以测量的各种物理参数,因而越来越广泛地受到人们的重视。由于激光测试是非接触进行的,因而是机械研究、设备工作时的在线监控以及生产过程中工件在线检测的理想测试方法,有着更加广泛的应用前景。

        本文就是从激光测振的常用方法讲起,介绍了激光测振在振动计量中的发展概况,论述了激光测振的其它典型应用,供相关工程技术人员参考。

1　激光测振及其常用方法

        一般振动测试大致可以分为两类。一类是测量设备和结构所存在的振动;另一类则是对设备或结构施加某种激励,对其产生的振动进行测量。此类测振的目的是研究设备或结构的力学动态特性,然后根据对所测得的振动信号进行求和、平均、积分、微分等处理,计算出被测点的位移或速度、加速度和振动频率;或者对所测得的振动信号在时域、频域内作进一步地分析和处理,如谱分析、相关分析等,进而确定被测对象的固有频率、阻尼比、刚度、振型等振动参数,确定被测对象的频率响应特性。激光测量这种非接触测量由于其良好的精确性和实时性,已经成为测量领域的热点。同时由于电子学和光学技术的飞速发展,光电检测已经成为非接触测量的一种主要方式。目前激光测振主要有三种方法。

1·1　激光干涉法

        利用激光的干涉特性,以激光的波长等参数为基础,对元件的振动进行测量的方法叫激光干涉测振法。在振动冲击计量测试中,我们经常碰到量值溯源的问题,在量值溯源与传递系统链表里,振动冲击计量基准可以溯源到基本量———长度和时间。振动和冲击校准设备采用这种量值复现方式进行传感器的校准时,称其为“绝对校准”。ISO16063标准中所描述的一次校准设备中,激光干涉仪是不可缺少的部分,其输出的多普勒信号把已知的激光波长和振动的位移量对应起来,是一种绝对的测量方法。目前在振动和冲击专业中大量借助于激光干涉技术实现量值的复现,其具体实现就是采用激光干涉仪。