可調(diào)頻閃儀原理

引言

      可調(diào)頻閃儀是能夠使作振動(dòng)、高速旋轉(zhuǎn)或周期運(yùn)動(dòng)構(gòu)件變成“靜止不動(dòng)”構(gòu)件的一種光學(xué)測(cè)量裝置。若適當(dāng)調(diào)節(jié)儀器的閃光頻率，使其等于構(gòu)件運(yùn)動(dòng)頻率的倍數(shù)或因數(shù)，則可以得到兩個(gè)或多個(gè)位置的“靜止圖象”；稍微改變閃光頻率，還可使運(yùn)動(dòng)構(gòu)件作“慢動(dòng)作”，便可以觀察其運(yùn)動(dòng)軌跡了［１］。可見，在頻閃效應(yīng)作用下，被測(cè)構(gòu)件的動(dòng)態(tài)測(cè)量與“靜態(tài)”測(cè)量相當(dāng)。這就是測(cè)量技術(shù)中的“動(dòng)靜法”。

      裝置由三大部分組成：頻閃系統(tǒng)，脈沖光源系統(tǒng)和信號(hào)傳感系統(tǒng)。其中*基本的工作部分是發(fā)光裝置——頻閃燈10。頻閃燈的工作受操縱系統(tǒng)7和電容9控制。脈沖發(fā)生器的工作方式?jīng)Q定了操縱系統(tǒng)的工作狀態(tài)，它是靠工作方式選擇開關(guān)4使其進(jìn)入不同工作狀態(tài)的。工作方式有信號(hào)外部觸發(fā)，延遲信號(hào)外部觸發(fā)和信號(hào)在儀器內(nèi)部自動(dòng)觸發(fā)三種。前兩種是借助于信號(hào)傳感器1和選擇編輯器2實(shí)施的。工作方式選擇開關(guān)4決定了頻閃的方式，其中自動(dòng)觸發(fā)的信號(hào)由脈沖信號(hào)發(fā)生器3發(fā)出。信號(hào)傳感器1 采用光電傳遞信號(hào)的形式，在被測(cè)構(gòu)件上制作4～8mm寬的白線條作為識(shí)別標(biāo)志。為了改善頻閃形式，避免當(dāng)頻閃頻率超過某一限定值時(shí)的發(fā)光系統(tǒng)不工作現(xiàn)象，可利用選擇編輯器2

     連通分壓器5使其降壓。在采用延遲外部觸發(fā)方式時(shí)，選擇開關(guān)4使觸發(fā)脈沖經(jīng)可調(diào)延時(shí)器6，再將信號(hào)傳遞給操縱系統(tǒng)7。 為了保證頻閃裝置的正常工作，該儀器設(shè)置了頻率計(jì)和過載指示器11。當(dāng)頻閃燈的發(fā)光功率超過60W時(shí)，過載指示器中的發(fā)光二極管顯示，指示操作者應(yīng)該更換工作狀態(tài)。當(dāng)劇烈超載時(shí)(發(fā)光功率超過120W)，操縱系統(tǒng)會(huì)將信號(hào)自動(dòng)截止。信號(hào)發(fā)生器3和操縱系統(tǒng)7的用電是由電源12供給的。

    1.1 頻閃燈的啟動(dòng) 頻閃燈啟動(dòng)的電源電路是互感形式的。圖2中的二極管VD1、VD2和電容器C1、C2組成了倍壓整流器，將蓄能電容C3、C4接可控硅整流器VS1便形成了由C1、C2、C3、L1組成的振蕩回路。在中斷VS1的瞬間，產(chǎn)生了振蕩過程。當(dāng)C3電壓達(dá)到**值時(shí)，可控硅VS2導(dǎo)通使頻閃啟動(dòng)。整個(gè)過程的控制由操縱系統(tǒng)電路實(shí)施。

   1.2 操縱系統(tǒng) 操縱系統(tǒng)工作原理圖如圖3所示。在低邏輯條件下，隨著發(fā)射脈沖的進(jìn)入，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 DD1.1在觸點(diǎn)3達(dá)到協(xié)調(diào)一致。在反向電壓作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器DD1.2在出口Q處達(dá)到了協(xié)調(diào)一致并形成脈沖的時(shí)間大約是4mｓ。脈沖前沿打開了晶體管VT2和VT3，結(jié)果在變壓器 T1線圈的繞組上產(chǎn)生了電流，該電流打開了圖2中的可控硅整流器VS2；脈沖的后緣打開了晶體管VT4、VT5，結(jié)果在變壓器T2線圈的繞組上產(chǎn)生電流導(dǎo)致打開可控硅整流器VS1，時(shí)間間隔為4mｓ。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器DD1.1給出了頻率函數(shù)，其合成頻率的數(shù)值利用時(shí)間回路并且當(dāng)關(guān)閉晶體管確定。例如，當(dāng)頻閃能量為3J時(shí)，合成頻率為40Hz是靠調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R2確定的。當(dāng)頻閃能量為1J時(shí)，打開晶體管VT1，調(diào)節(jié)電阻R4，合成頻率為120Hz。

     1.3 信號(hào)發(fā)生器工作原理 信號(hào)發(fā)生工作電路示于圖4。在局部系統(tǒng)DA1中的電壓比較電路起到了發(fā)生信號(hào)的作用。電壓比較的轉(zhuǎn)移水平由接觸點(diǎn)9和圖2中的可調(diào)電阻R9(LEVEV)確定。在局部系統(tǒng)DA2構(gòu)成了由觸點(diǎn)16所聯(lián)的分壓器R10來(lái)調(diào)節(jié)勢(shì)能變化的頻率多諧振蕩器［２］。在DD1中，由電子開關(guān)完成了工作制度的選擇，DD2為頻率分壓器。分壓系數(shù)的選擇由倍增電路DD3實(shí)現(xiàn)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器DD4.1和DD4.2給出了內(nèi)部自動(dòng)發(fā)射和外部發(fā)射脈沖。延時(shí)系統(tǒng)由晶體管VT1和編輯系統(tǒng)DA3完成。延時(shí)的數(shù)值由觸點(diǎn)21的勢(shì)能(即電阻R11“DELAY”)和由R15、C5(C4)所決定的時(shí)間確定。借助于回路K1和閃射能量的轉(zhuǎn)換開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)延時(shí)的波段轉(zhuǎn)換。

    1.4 脈沖發(fā)光系統(tǒng)與信號(hào)傳感器 在圖2中，接通開關(guān)S1，操縱系統(tǒng)啟動(dòng)頻閃電路后，啟動(dòng)線圈和剩余電阻R13及電容 C5 使氣體發(fā)光燈NΦK—150頻閃發(fā)光。由圖2給出的信號(hào)傳感系統(tǒng)中可見：傳感器采用反射測(cè)量原理，它由發(fā)射紅外二極管VD6和接收二極管VD7、限流電阻R15、光電流放大晶體管VT 1組成。 2 可調(diào)頻閃儀的技術(shù)特征指標(biāo) 外部信號(hào)觸發(fā)時(shí)，測(cè)量頻率范圍為0～1000Hz。 內(nèi)部信號(hào)觸發(fā)時(shí)，使用頻率波段為5～12；10～25；25～50；40～100Hz。 頻閃能量：1J、3J。 頻閃光持續(xù)時(shí)間小于10μｓ。 延時(shí)調(diào)整分別為2.5×10-5～2.5×10-2ｓ和10-4～10-1ｓ 儀器電源220V，50～60Hz，功率小于160W。 3 測(cè)量實(shí)例 下面給出可調(diào)頻閃儀配合光彈貼片儀，對(duì)一鋁制的具有階梯形斷面并粘貼有光彈貼片的高速旋轉(zhuǎn)圓盤進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量的實(shí)例。圓盤較薄部位和開孔處的光彈條紋如圖5所示，由此很容易獲得圓盤開孔處、貼片自由邊界處，以及貼片內(nèi)部任一測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值［１］。可見，它是解決高速旋轉(zhuǎn)構(gòu)件動(dòng)應(yīng)力應(yīng)變測(cè)定的有效方法之一。