专利名称：高频振动物的振幅测量方法及其振幅测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量方法及其装置，尤其涉及一种高频振动物的振幅测量 方法及其振幅测量装置。
背景技术：
超声波振动的振幅(超声波振动物的位移量)是超声波设备的关键指标之 一。超声波振动的振幅直接代表了超声波输出能量的大小，也关系到相关材料的强度和整机的使用寿命。因为超声波频率高于10KHz，振幅小于300 ym，故 很难测量。 一般用激光测振仪进行测量，如中国专利文献99251921. 7公开了一 种"激光激振测振仪"，它包括产生调制激振光束的激振光源和产生光强恒定测 振光束的测振光源、光纤合波器、合束光纤、光电探测器、光纤复用器和端面 对准被测样品并具有正弦相位调制的光纤探头。测振光束射到被测样品表面反 射返回的光束和光纤探头端面反射返回的光束产生干涉，由此可测得振动幅度。 但这种测量设备结构复杂笨重，成本又太高，难以普遍应用。发明内容本发明为了解决上述技术问题，提供一种方法及结构简单、成本不高、便 于普遍应用的高频振动物的振幅测量方法及其振幅测量装置。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的高频振动物 的振幅测量方法包括下列步骤(1)在被测物未起振时，将与测量运动机构相 连的检测头顶住被测物，并且检测头所指的方向与被测物的振动方向一致，调 节与测量运动机构相连的显示装置使之显示零值，所述的测量运动机构和检测头组成的测量系统的响应频率远低于高频振动频率；(2)启动被测物使之作高 频振动，检测头受被测物的推动往里縮并停留在一个位置，这时显示装置得到 一个示值f ，示值f即为被测物作高频振动的单边振幅的最大值，F=2f为被测 物作高频振动的振幅的峰峰值，P=0. 707F是双向振幅的有效值。对于往复简谐振动的物体，它有一个明显的特征，就是振动(位移)是围 绕着一个平衡点展开的。首先被测振动物体向正方向移动距离V，然后反向回 縮到零位，并继续向负方向移动距离V，再回縮到零位后，继续向正方向移动 距离V，如此往复。利用简谐振动的这个特性，我们完全可以只测量它的单方 向振幅(位移量)，再加倍，就是它的实际振幅。当被测物作高频振动靠向检测 头时，检测头受推动向里縮进，直到被推到最远点，检测头移动的距离也就是 被测物作高频振动的单向振幅。当被测物振动到最远点后向回运动时，因检测 头共振频率为低固有振动频率，比被测物的共振频率至少低2个数量级，且机 械的质因素Qm值也低，故检测头也会往回运动，但检测头的运动速度会大大 低于被测物的运动速度，因此，当检测头刚开始往回运动时，被测物已经回头 第二次来顶住检测头，将检测头又推动到最远点。从宏观上看，在检测头上我 们得到的是一个稳定准确的单向(半波)位移信号f，该位移信号f可通过机械 传动的方式用指针指示式显示装置显示出来，也可通过光栅转换等方式，用数 字显示的显示装置直观地显示出来。由f通过公式F4f、 P=0. 707F分别可得到 被测物作高频振动的振幅的峰峰值、双向有效值。在通常情况下，当我们要测 量一个变化的物理量时，传感器测试仪表的响应速度应高于或至少同步于物理 量的变化速度，若响应滞后就会带来测试误差。而使用上述测量方法，就可大大 简化传感器的设计，这样的测试原理，完全绕开了对高频传感器的苛刻要求， 传感器测试仪表的响应速度越慢，测试结果反而越准。作为优选，所述的检测头随作高频振动的被测物縮至一个位置后，不再跟 随继续作高频振动的被测物作来回往复运动，而是保持在这个位置不动。作为优选，所述的由测量运动机构和检测头组成的测量系统的响应频率低于1500Hz，所述的显示装置的精度为0.0005 0.01mm。确保测量结果更精确。用于高频振动物的振幅测量方法的振幅测量装置，包括支架和安装于支架 上的由测量运动机构和检测头连接组成的测量系统，所述的测量运动机构又与 显示装置相连，所述的检测头所指的方向与被测物的振动方向一致。被测物未 启振时，检测头顶住被测物，检测头所处的位置为被测物振动的平衡位置，调 节显示装置使之显示零值；被测物启振，推动检测头往里縮，检测头会保持在 一个最里位置，这时显示装置给出一个示值，该示值就是被测物高频振动的单 向(半波)位移信号f，由公式F3f、 P:0.707F分别可得到被测物高频振动的 振幅的峰峰值、双向有效值。作为优选，所述的支架上设有与所述的检测头平行的立柱，所述的立柱穿 设于基座上，基座上通过螺纹连接有一个螺钉，所述的螺钉的钉尾顶住所述的 立柱的侧面。拧松螺钉，立柱可来回活动，改变支架位置，从而改变检测头的 位置，调整好检测头到需要的位置，再拧紧螺钉。该螺钉是检测头的快调旋钮， 便于在被测物未启振时将检测头调到顶住被测物的位置。作为优选，所述的支架中部设有与立柱垂直的凹槽，所述的凹槽中设有螺 母，所述的立柱穿过支架和螺母并和螺母通过螺纹连接。该螺母是检测头的微 调旋钮，旋转螺母可调节支架在立柱上的位置，从而改变检测头的位置，进一 步确保在被测物未启振时将检测头精确地调节到顶住被测物的位置。作为优选，所述的检测头呈垂直状，检测头所指方向垂直向上。确保测量 更稳定、更精确。作为优选，所述的支架为一侧设有上沿的块体，所述的显示装置、测量运 动机构位于所述的上沿下方，所述的检测头穿过所述的上沿。安装更趋合理。作为优选，所述的检测头的头部呈锥体，锥体顶端设有小曲面，小曲面的 轴线与锥体轴线重合。确保检测头的最外端与被测物紧密接触，同时不损伤被 测物。作为优选，所述的由测量运动机构和检测头连接组成的测量系统的响应频率低于1500Hz，所述的显示装置为精度为0. 0005 0. Olmm的指针指示仪或数字 显示仪。确保减小测量误差，读数更方便、直观，使测量结果更准确。本发明的有益效果是基于对测振原理的深刻认识，巧妙地利用由测量运 动机构和检测头相连组成的测量系统与被测物之间存在的巨大的振动频率差而 产生的滞后效应，使被测物未启振时检测头的起始位置顶住被测物，即被测物 的平衡位置，被测物启振后，检测头往里縮并保持在一个位置，轻松获得被测 物振动的单向振幅，从而获得被测物高频振动的振幅峰峰值及双向振幅有效值。 测量方法简单，测量结果精确，测量装置成本不高，便于普遍应用。
图1是本发明的用于高频振动物的振幅测量方法的振幅测量装置的一种结 构示意图。图中l.检测头，l-l.小曲面，2.测量运动机构，3.显示装置，4.支架，4-1. 上沿，5.立柱，6.基座，7.螺钉，8.螺母。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。 实施例1:本实施例的高频振动物的振幅测量方法，包括下列步骤(1)在被测物未起振时，将与测量运动机构相连的检测头顶住被测物，并且检测头所 指的方向与被测物的振动方向一致，调节与测量运动机构相连的显示装置使之显示零值。其中由测量运动机构和检测头组成的测量系统的响应频率为100 Hz，显示装置是精度为O.OOlram的数字显示仪；(2)启动被测物使之作15KHz的超声波振动，检测头受被测物的推动往里縮并停留在一个位置，这时显示装 置得到一个示值f，示值f即为被测物作超声波振动的单边振幅的最大值，F=2f 为被测物作超声波振动的振幅的峰峰值，P=0. 707F是双向振幅的有效值。本实施例的用于高频振动物的振幅测量方法的振幅测量装置，如图1所示， 包括支架4、立柱5、基座6和安装于支架4上的由测量运动机构2和检测头1 相连组成的测量系统，测量运动机构2与显示装置3相连。支架4为一侧设有 上沿4-1的块体，显示装置3、测量运动机构2位于上沿4-1下方，检测头1呈 垂直状从下往上穿过上沿4-1，检测头1所指方向垂直向上。检测头1的头部呈 锥体，锥体顶端呈小曲面1-1，小曲面1-l的轴线与锥体轴线重合。支架4块体 中部有一个水平方向的凹槽，凹槽中有一螺母8，呈垂直状的立柱5的一头穿过 支架4和螺母8并和螺母8通过螺纹连接(该螺母作为微调旋钮)，立柱5的另 一头插入基座6，基座6的侧面通过螺纹连接有一个螺钉7，螺钉7的钉尾顶住 立柱5的侧面(该螺钉作为快调旋钮)。本实施例中由测量运动机构2和检测头 1连接组成的测量系统的响应频率为100Hz，显示装置3采用精度为O.OOlmm 的数字显示仪。工作过程被测物未启振时，将被测物放置成振动方向处于垂直方向的位 置，移动振幅测量装置，使检测头处于被测物下方，拧松快调旋钮，拉压立柱， 使检测头基本接触被测物，再拧紧快调旋钮，接着调节微调旋钮，使检测头精 确地顶住被测物，检测头所指的位置为被测物振动的平衡位置，调节显示装置 使之显示零值。然后启振被测物，被测物作超声波振动，推动检测头往里縮， 检测头最后会保持在一个位置，这时显示装置给出一个示值，该示值就是被测物作超声波振动的单向(半波)位移值f，由公式F二2f、 P=0. 707F分别可得到 超声波振动的振幅的峰峰值、双向有效值。本发明基于对测振原理的深刻认识，巧妙地利用测量系统与被测物之间存 在的巨大的振动频率差而产生的迟后效应，测量方法简单，测量结果精确，测 量装置成本不高，制作也较方便，便于普遍推广和使用。
权利要求
1. 一种高频振动物的振幅测量方法，其特征在于包括下列步骤(1)在被测物未起振时，将与测量运动机构相连的检测头顶住被测物，并且检测头所指的方向与被测物的振动方向一致，调节与测量运动机构相连的显示装置使之显示零值，所述的测量运动机构和检测头组成的测量系统的响应频率远低于高频振动频率；(2)启动被测物使之作高频振动，检测头受被测物的推动往里缩并停留在一个位置，这时显示装置得到一个示值f，示值f即为被测物作高频振动的单边振幅的最大值，F＝2f为被测物作高频振动的振幅的峰峰值，P＝0.707F是双向振幅的有效值。
2. 根据权利要求1所述的一种高频振动物的振幅测量方法，其特征在于所 述的检测头随作高频振动的被测物縮至一个位置后，不再跟随继续作高频振动 的被测物作来回往复运动，而是保持在这个位置不动。
3. 根据权利要求1或2所述的一种高频振动物的振幅测量方法，其特征在 于所述的由测量运动机构和检测头组成的测量系统的响应频率低于1500Hz,所 述的显示装置的精度为0. 0005 0. Olmm。
4. 一种用于高频振动物的振幅测量方法的振幅测量装置，其特征在于包括 支架(4)和安装于支架(4)上的由测量运动机构(2)和检测头(1)连接组 成的测量系统，所述的测量运动机构(2)又与显示装置(3)相连，所述的检 测头(1)所指的方向与被测物的振动方向一致。
5. 根据权利要求4所述的用于高频振动物的振幅测量方法的振幅测量装置, 其特征在于所述的支架(4)上设有与所述的检测头(1)平行的立柱(5)，所 述的立柱(5)穿设于基座(6)上，基座(6)上通过螺纹连接有一个螺钉(7),所述的螺钉(7)的钉尾顶住所述的立柱(5)的侧面。
6. 根据权利要求5所述的用于高频振动物的振幅测量方法的振幅测量装置， 其特征在于所述的支架(4)中部设有与立柱(5)垂直的凹槽，所述的凹槽中 设有螺母(8)，所述的立柱(5)穿过支架(4)和螺母(8)并和螺母(8)通 过螺纹连接。
7. 根据权利要求4或5或6所述的用于高频振动物的振幅测量方法的振幅 测量装置，其特征在于所述的检测头(1)呈垂直状，检测头(1)所指方向垂 直向上。
8. 根据权利要求7所述的用于高频振动物的振幅测量方法的振幅测量装置， 其特征在于所述的支架(4)为一侧设有上沿(4-1)的块体，所述的显示装置(3)、测量运动机构(2)位于所述的上沿(4-1)下方，所述的检测头(1)穿 过所述的上沿(4-1)。
9. 根据权利要求4或5或6所述的用于高频振动物的振幅测量方法的振幅 测量装置，其特征在于所述的检测头(1)的头部呈锥体，锥体顶端设有小曲面(1-1)，小曲面(1-1)的轴线与锥体轴线重合。
10. 根据权利要求4或5或6所述的用于高频振动物的振幅测量方法的振 幅测量装置，其特征在于所述的由测量运动机构(2)和检测头(1)连接组成 的测量系统的响应频率低于1500Hz，所述的显示装置(3)为精度为0.0005 0. Olmm的指针指示仪或数字显示仪。
全文摘要
本发明涉及一种高频振动物的振幅测量方法及其振幅测量装置，该装置包括支架和安装于支架上的由测量运动机构和检测头连接组成的测量系统，测量系统的响应频率远低于高频振动频率，测量运动机构又与显示装置相连，检测头所指的方向与被测物的振动方向一致。在被测物未起振时，将检测头顶住被测物，并且检测头所指的方向与被测物的振动方向一致，调节与测量运动机构相连的显示装置使之显示零值，然后启动被测物使之作高频振动，检测头受被测物的推动往里缩并停留在一个位置，这时显示装置得到一个示值f，示值f即为被测物作高频振动的单边振幅的最大值。本发明测量方法简单，测量结果精确，测量装置成本不高，便于普遍应用。
文档编号G01H1/16GK101236104SQ20071006701
公开日2008年8月6日 申请日期2007年1月31日 优先权日2007年1月31日
发明者陈元平 申请人:陈元平