用雙光柵測(cè)量微弱振動(dòng)實(shí)驗(yàn) 綜述報(bào)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(cè)量微弱振動(dòng)實(shí)驗(yàn) 綜述報(bào)告班級(jí)： 學(xué)號(hào)姓名： 一 實(shí)驗(yàn)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(cè)量微弱振動(dòng)位移的方法；2.作出外力驅(qū)動(dòng)音叉時(shí)的諧振曲線。二測(cè)量微小質(zhì)量變化實(shí)驗(yàn)在動(dòng)光柵上方近端固定一個(gè)承載重物的地方，遠(yuǎn)端與靜光柵緊密相貼。當(dāng)放上重物m時(shí)，動(dòng)光柵產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)位移vt，這個(gè)位移量相對(duì)應(yīng)于光波位相的變化量為：。由本次實(shí)驗(yàn)可知，移動(dòng)的位相光柵的n級(jí)衍射光波，相對(duì)于靜止的位相光柵有一個(gè)大小：的多普勒頻率。由此得出質(zhì)量m和頻率之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用放大的位移與雙光柵的放大效應(yīng)，可以測(cè)量物體的微小質(zhì)量變化三莫爾條紋在工業(yè)中的測(cè)量與控制(1)基本概況：目前，以莫爾條紋技術(shù)為基礎(chǔ)的光柵線性位移傳感器發(fā)展十分迅速，光柵長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)的分辨率達(dá)到納米級(jí)，測(cè)量精度已達(dá) 0.1um，已成為位移測(cè)量領(lǐng)域各工業(yè)化國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵技術(shù)。它的應(yīng)用非常廣泛，幾乎滲透到社會(huì)科學(xué)中的各個(gè)領(lǐng)域，如機(jī)床行業(yè)、計(jì)量測(cè)試部門、航空航天航海、科研教育以及國(guó)防等各個(gè)行業(yè)部門。 (2)常見用途：光柵尺經(jīng)常應(yīng)用于數(shù)控機(jī)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(cè)。其測(cè)量輸出的信號(hào)為數(shù)字脈沖，具有檢測(cè)范圍大，檢測(cè)精度高，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。例如，在數(shù)控機(jī)床中常用于對(duì)刀具和工件的坐標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，來觀察和跟蹤走刀誤差，以起到一個(gè)補(bǔ)償?shù)毒叩倪\(yùn)動(dòng)誤差的作用。(3)工作原理：當(dāng)使指示光柵上的線紋與標(biāo)尺光柵上的線紋成一角度來放置兩光柵尺時(shí)，必然會(huì)造成兩光柵尺上的線紋互相交叉。在光源的照射下，交叉點(diǎn)近旁的小區(qū)域內(nèi)由于黑色線紋重疊，因而遮光面積最小，擋光效應(yīng)最弱，光的累積作用使得這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)亮帶。相反，距交叉點(diǎn)較遠(yuǎn)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(yīng)變強(qiáng)，只有較少的光線能通過這個(gè)區(qū)域透過光柵，使這個(gè)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(dāng)指示光柵上的線紋和標(biāo)尺光柵上的線紋之間形成一個(gè)小角度，并且兩個(gè)光柵尺刻面相對(duì)平行放置時(shí)，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(yán)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(duì)移過一個(gè)柵距，莫爾條紋移過一個(gè)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(duì)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(guān)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(jī)理的理論：1基于陰影成像原理：認(rèn)為由條紋構(gòu)成的軌跡可表示莫爾條紋的光強(qiáng)分布；2基于衍射干涉原理：認(rèn)為由條紋構(gòu)成的新的光強(qiáng)分布可按衍射波之間的干涉結(jié)果來描述；3基于傅立葉變換原理：認(rèn)為形成的莫爾條紋是由低于光柵頻率項(xiàng)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(dāng)。四利用金屬固有頻率測(cè)量楊氏模量的方法動(dòng)態(tài)懸掛法：根據(jù)棒的橫振動(dòng)方程 （1） 用分離變量法解該方程，對(duì)圓形棒得 （2）上兩式中，E 為楊氏模量，l 為棒長(zhǎng)，d 為棒直徑，S 為棒截面積， 為棒的密度，m 為棒的 質(zhì)量，f 為棒橫振動(dòng)的固有頻率，J 為極性矩。由式（2）可知，測(cè)定出試樣（棒）在不同溫度時(shí)的固有頻率 f 及各力學(xué)參數(shù)，即可計(jì)算出它在不同溫度時(shí)的楊氏模量。五本