一种采用激光激振检测物体固有频率的装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及振动检测技术领域，特别涉及一种采用激光激振检测物体固有频率的装置。


背景技术：

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传统的工业生产中，通常采用阻抗分析仪测试物体的固有频率，这种测量方法是在物体生产成型之后，物体需要经过一系列的测量前预处理，比如有些需要先经过粘压电陶瓷片，焊接电极后才能放入阻抗分析仪进行测量，同样测量完毕后，需要将附着在物体表面的附件拆除。而有些物体虽然不需要经过这些预处理，但是其在置入阻抗分析仪内，需采用夹子将其夹持，从而与分析仪连接。上述的采用阻抗分析仪测量物体固有频率的方法有以下几个缺点：
[0003]
1.工序繁杂，效率低下：对一些放入阻抗分析仪的物体需经过预处理，如先在物体上粘贴压电片，并且需要焊接电极之后才能进行测量，该种方法无论是在测量前还是测量后都要进行额外的步骤，增加了人工成本，且效率比较低，同时若粘贴压电片或者焊接电极出现偏差，会使得物体的固有频率无法被测量或者测量不准确。
[0004]
2.可应用范围较小：该种测振装置仅能测一些具有导电性的物体，如金属，压电材料，可应用的范围较小。
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3.损害物体，测量偏差：采用阻抗分析仪测试物体的固有频率，需要粘贴压电片、焊接电极或者是用夹子夹持物体，这些附着件都会对待测量物体的本身造成损伤，同时也会对其固有频率产生一定的影响，从而使得测量结果产生一定的偏差。
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鉴于上述问题，本实用新型设计出一种采用激光激振检测物体固有频率的装置，本案由此产生。


技术实现要素：

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本实用新型提供一种采用激光激振检测物体固有频率的装置，该装置具有操作简单，使用范围不受待测物体材料限制，准确率高的特点；具体地，本实用新型是通过以下技术方案实现：
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一种采用激光激振检测物体固有频率的装置，包括用于诱发待测物体振动的激光发射器，还包括用于检测物体振动频率的光纤测振仪，连接光纤测振仪的示波器，以及放置台；放置台上设置有安置位，用于放置待测物体，安置位底部设置有一小孔，用于容纳激光发射器发出的激光通过；所述光纤测振仪包括光纤探头、信号转换分析仪，信号转换分析仪连接示波器；光纤探头用于采集物体的振动信号，其位于安置位的上方；信号转换分析仪连接光纤探头，其用于转换分析振动信号；示波器用于显示振动信息。
[0009]
进一步，所述激光发射器与待测物体的安置位之间设置有光学平面镜，用于改变激光发射方向，使得激光直射待测物体的安置位。
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进一步，所述光纤探头安装在空间位移装置上，空间位移装置用于调节光纤探头
的空间位置。
[0011]
进一步，空间位移装置包括垂直方向移动杆和水平方向移动杆。
[0012]
进一步，垂直方向移动杆和水平方向移动杆之间通过螺旋十字夹连接。
[0013]
进一步，在光纤探头与空间位移装置的安装位置上设置有海绵衬垫。
[0014]
进一步，光纤探头与海绵衬垫为过盈配合。
[0015]
进一步，所述光纤探头包括发射光纤和接收光纤；发射光纤用于发射光线，被物体反射的光线被接收光纤接收。
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进一步，所述信号转换分析仪包括光电转换元件，其用于将接收到的光信号转变成为电信号。
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本申请的有益效果在于：
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1.操作方便，效率高：同时由于仅需要将待测物体放置在相应位置，即可实现对其检测，无需提前安装附件，也无需检测完毕后拆除附件，减少了检测的工序，提高了效率。
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2.应用范围大：激光激振方法利用了激光热弹效应原理，可产生激光热弹效应的待测物体可以是金属，有机玻璃，压电材料，部分纤维增强/层合复合材料等，这些在工业上应用较多的材料，因此该装置可应用的领域较多，相较于利用阻抗分析仪，可检测物体的范围更加广。
[0020]
3.物体完整，测量准确：本申请采用了激光作为激振源，不需要额外的附件附着在待测物体表面即可实现物体的振动，也无需夹持物体，待测物体的整体结构重量不发生改变，保证了检测数据的准确。
附图说明
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图1为本实用新型提供的一种实施例的立体图。
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其中：1.激光发射器；2.光纤测振仪；21.光纤探头；211.发射光纤；212.接收光纤；22.信号转换分析仪；3.物体；4.放置台；41.安置位；5.光学平面镜；6.空间位移装置；61.垂直方向移动杆；62.水平方向移动杆；7.海绵衬垫；8.示波器。
具体实施方式
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下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
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如图1所示，一种采用激光激振检测物体3固有频率的装置，包括用于诱发待测物体3振动的激光发射器1；还包括用于检测物体3振动频率，分析得出物体3固有频率的光纤测振仪2；光纤测振仪2连接示波器8，将检测到的振动信息显示；以及用于放置待测物体3的放置台4。
[0025]
由于现有的激光发射器1受连线、发射口等限制，其只能发射水平方向的激光；同时由于物体3难以夹持，考虑到工业检测的可操作性，只能选择将物体3平放在放置台4平面上的安置位41，安置位41的底部设置有一小孔，用于容纳激光发射器1发出的激光通过，则物体3只有顶部和底部能受到激光照射。
[0026]
所以为了使得水平发射的激光能从垂直方向上照射待测物体3，故在激光发射器1与待测物体3之间设置光学平面镜5，光学平面镜5的与激光照射方向呈45
°
角，使水平发射的激光能够旋转90
°
角，垂直打在物体3内侧面。
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激光经过光学平面镜5反射，直射物体3内侧表面，由于激光热弹效应，在物体3内侧表面激光直射点可产生超声振动。所谓激光热弹效应为：当照射在结构表面的激光功率密度小于107w/cm
2 时，结构因吸收激光照射的能量而升温，但所吸收的能量难以使材料发生升华和熔化，此时温度的升高导致物体3材料体积迅速膨胀，引起弹性应力，这种弹性能量以超声波的形式在物体3结构中传播，使得被激光照射的物体3结构发生振动。
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因此本申请能测量的物体3的材料需具有在激光照射下能产生热弹效应的特性，该种材料可选择为金属，有机玻璃，压电材料，部分纤维增强/层合复合材料等。
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所述光纤测振仪2包括光纤探头21、信号转换分析仪22，两者相连接，其中光纤探头21位于待测物体3的上方，信号转换分析仪22连接示波器8；使用方式如下所述：光纤探头21用于采集物体3的振动频率，将物体3振动频率以光信号传递至光纤探头21，经由信号转换分析仪22解析转换成电信号，通过测量电信号实现对振动信号的测量，读取振动物体3的波形、频率、幅值等信息，将上述信息在与光纤测振仪2连接的示波器8上显示。
[0030]
所述光纤探头21包括发射光纤211和接收光纤212组成。发射光纤211垂直向物体3表面发射光线，光线被物体3表面反射到接收光纤212中，被反射的光信号携带了被测物体3的振动信息。
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光纤探头21安装在空间位移装置6上，空间位移装置6用于调节光纤探头21的空间位置，使光纤探头21垂直指向物体3表面，并控制光纤探头21与待测物体3两者之间的距离，使得该距离在光纤探头21的有效测试范围内。空间位移装置6包括垂直方向移动杆61和水平方向移动杆62，两者之间通过螺旋十字夹连接。为了保护光纤探头21，在光纤探头21与空间位移装置6的安装位置上设置有海绵衬垫7，光纤探头21与海绵衬垫7为过盈配合。
[0032]
光纤探头21与信号转换分析仪22连接，信号转换分析仪22连接示波器8，光线探头接收到的光信号由信号转换分析仪22内集成的光电转换元件转变成为电信号，通过检测分析电信号实现对振动信号的检测，将检测到的振动信号波形及频率由示波器8显示，分析得出物体3结构的固有频率；根据物体生产、验收标准，通过将检测出的固有频率与固有频率允许范围作比较，判断该测量物体3是否合格。
[0033]
在检测物体3的固有频率前，首先需完成光纤探头21的调零步骤，即通过调整垂直方向移动杆61和水平方向移动杆62，使光纤探头21处在零点位置。
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调零操作如下所述：根据信号转换分析仪22使用说明书，首先将光纤探头21至于被测物体3表面，与其相接触，此时光纤探头21的全部发射光量被反射至发射光纤211，没有传输给接收光纤212，输出讯号为0，按下测量仪上的“cal”键，垂直移动光纤探头21，当光纤探头21与被测物表面距离增加，接收光纤212接收的光量也增加，直到接收光纤212全部被照明为止，此时达到“光峰值”，按下测量仪上的“cal.start”键，光纤探头21将自动完成调零。
[0035]
完成调零步骤后，再调整垂直方向移动杆61和水平方向移动杆62，使光纤探头21处在测量位置，开始测量。无需再次调零情况下，可大量测量同一型号的物体3。
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本装置尤其适用于检测换能器外壳这类产品，原先检测该种换能器外壳这类产品需要先在换能器外壳表面粘压电陶瓷片，后再焊接电极，才能够放入阻抗分析仪内进行测量固有频率的操作；采用本装置后则可以改变原先的测量方式，由于是无接触式测量，因此不用预先对外壳进行处理，测量效率增加。
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采用本装置检测物体3是否合格的步骤如下所述：
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首先将待测的物体3放置在放置台4的安置位41上，完成光纤探头21的调零步骤，后将光纤探头21调节至测量位置；开启激光发射器1发射激光，照射在待测物体3上，根据激光热弹效应原理，诱发物体3振动，光纤探头21中的发射光纤211发射光纤211打在振动的物体3上，物体3反射光线至接收光纤212，将振动信号通过光信号传递，接收光纤212接收光信号，通过信号转换分析仪22将接收到的光信号转变成为电信号，通过检测分析电信号实现对振动信号的检测，将检测到的振动信号波形及频率由示波器8显示，分析得出物体3结构的固有频率；通过判断检测出的物体3固有频率是否在合格范围内，实现对物体3的筛选。
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以上是本实用新型优选实施方式，在本实用新型构思前提下所做出若干其他简单替换和改动，都应当视为属于本实用新型的保护范畴。