一种基于位置敏感器相位检测的振动测量方法

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1、光电子·激光第２５卷第９期２０１４年９月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ·ＬａｓｅｒＶｏｌ．２５Ｎｏ．９Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ２０１４一种基于位置敏感器相位检测的振动测量方法王夏菁１，郑佩祥２，李超１，徐启峰１＊（１．福州大学电气工程与自动化学院，福建福州，３５０１０８；２．福建省电力有限公司，福建福州３５０００３）摘要：针对微机械系统和精细加工技术中现有的振动测量方法存在易受电磁干扰、动态和线性范围窄等诸多问题，本文提出了一种基于一维位置敏感器（ＰＳＤ）相位检测的振动测量方法，通过激光三角法将被

2、测物体的振动信号转换为光斑在ＰＳＤ的位置变化，ＰＳＤ两电极输出的电流相差信号经ＰＳＤ相位法的信号处理电路转换为与光斑位置成线性关系的直流电压信号，由此确定光斑的位置变化，进而测量物体的振动，且实时信号可以通过示波器或在上位机界面中显示。本文实验测量的平均相对误差为０．８９％，最大误差为１．７５％，线性度优于１．２％，实现了振动的高精度、高线性度和不受电磁干扰的测量。关键词：一维位置敏感器（ＰＳＤ）；光学三角法；相位检测法；振动测量中图分类号：ＴＮ２９文献标识码：Ａ文章编号：１００５－００８６（２０１４）０９－

3、１７６５－０６Ａｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｐｈａｓｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｂｙｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｏｒ１，ＺＨＥＮＧＰｅｉ－ｘｉａｎｇ２，ＬＩＣｈａｏ１，ＸＵＱｉ－ｆｅｎｇ１＊ＷＡＮＧＸｉａ－ｊｉｎｇ（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＦｕＺｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０１０８，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＦｕ－ＪｉａｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，ＦｕＪｉａｎＦｕＺｈｏｕ，

4、３５０００３）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｆｉｎｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅａｒｅｓｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｍｅａｓｕｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎ．Ａｖｉｂｒａ－ｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｏｎｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｏｒ（ＰＳＤ）ｉｓｐｕ

5、ｔｆｏｒｗａｒｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓｏｆｔｈｅｏｂｊｅｃｔａｒｅｃｏｎｖｅｒｔｅｄｔｏｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｉｇｈｔｃｈａｎｇｅｓｔｈｒｏｕｇｈｌａｓｅｒｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ．ＴｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｉｇｎａｌｓｗｉｔｈｐｈａｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｗｈｉｃｈａｒｅｏｕｔｐｕｔｆｒｏｍｔｈｅｔｗｏｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｏｆＰＳＤａｒｅｃｏｎｖｅｒｔｅｄｔｏａｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｖｏｌｔａｇｅｓｉｇｎａｌｗｈｉｃｈｉｓｌｉｎｅａｒｗｉｔｈｔｈｅｌｏｃ

6、ａｔｉｏｎｏｆｆａｃｕｌａｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｉｇ－ｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｏｆＰＳＤｐｈａｓｅｍｅｔｈｏｄｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｆａｃｕｌａｌｏｃａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｖｉ－ｂｒａｔｉｏｎｏｆｏｂｊｅｃｔｓｉｓｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅｓｉｇｎａｌｉｓｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄｄｉｓｐｌａｙｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅｏｒｉｔｉｓｈａｎｄｌｅｄａｎｄｄｉｓｐｌａｙｅｄｉｎｔｈｅｐｅｒｓｏｎａｌｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｔｈ

7、ｅａｖｅｒａｇｅｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎ－ｔａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｎｔｈｉｓｗｏｒｋｉｓ０．８９％，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｒｒｏｒｉｓ１．７５％，ａｎｄｔｈｅｌｉｎｅａｒｉｔｙｉｓｂｅｔ－ｔｅｒｔｈａｎ１．２％，ｗｈｉｃｈｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗｉｔｈｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙ，ｈｉｇｈｌｉｎｅａｒｉｔｙａｎｄｉｍｍｕｎｉｔｙｔｏｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ．Ｉｔｉｓａｂｌｅｔｏｍｅｅｔｔｈｅｒ

8、ｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔｍｅａｓｕｒｅ－ｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｏｒ（ＰＳＤ）；ｏｐｔｉｃａｌｔｒｉａｎｇｌｅｍｅｔｈｏｄ；ｐｈａｓｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ［２］电测法将被测对象的振动量转换为电量，然后１引言用电量测试仪器进行测量，其具有灵