目前的非接觸測量方式對測量裝置自身受環(huán)境沖擊振動(dòng)產(chǎn)生的影響考慮較少纠吴，這會對測量效果產(chǎn)生影響硬鞍。文中提出了一種振動(dòng)自補(bǔ)償?shù)牡统杀镜臏y振方法,采用位置探測器測量振動(dòng)信號,并利用 MEMS 加速度計(jì)測量測振系統(tǒng)自身振動(dòng)用于補(bǔ)償。經(jīng)補(bǔ)償后,環(huán)境振動(dòng)沖擊對使用位置探測器方法得到的振動(dòng)測量結(jié)果的影響顯著減弱戴已。
基于位置探測器和加速度計(jì)的補(bǔ)償測振法
基于位置探測器（PSD）的測振法目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)之中固该，具有成本較低和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。該方法在測量中的主要設(shè)備為PSD和激光器糖儡，測量的是測振系統(tǒng)和待測物體之間的相對位移伐坏，該位移是由待測物體的表面振動(dòng)和測試系統(tǒng)本身振動(dòng)兩方面所引起的，當(dāng)環(huán)境影響較大時(shí)測振系統(tǒng)自身的振動(dòng)會對測試產(chǎn)生較大影響握联，因此這部分影響必須考慮桦沉。
本文提出了一種低成本的對系統(tǒng)自身振動(dòng)補(bǔ)償?shù)臏y試方法。利用PSD獲取測振系統(tǒng)和被測物體的相對位移金闽，并利用與測振系統(tǒng)固連MEMS加速度計(jì)測量系統(tǒng)自身振動(dòng)纯露，以實(shí)現(xiàn)測振系統(tǒng)所受環(huán)境振動(dòng)的補(bǔ)償。
基本原理如圖1所示代芜，實(shí)際試驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示埠褪。激光準(zhǔn)直后經(jīng)反射鏡反射到被測面，反射光入射到PSD挤庇，被測物體的振動(dòng)將會引起光斑的位置移動(dòng)钞速。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，將被測物體放置在納米位移臺上罚随，以此模擬物體的振動(dòng)玉工。
圖1 PSD振動(dòng)測量原理示意圖
圖2 基于PSD振動(dòng)測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
MEMS加速度計(jì)和測振系統(tǒng)固連羽资，通過感知測振系統(tǒng)相對于慣性坐標(biāo)系的加速度計(jì)算得到位移量淘菩，計(jì)算的方法如下所示：
假設(shè)測到的加速度信號為：
，其中
是測量誤差，f(t)是加速度和時(shí)間相關(guān)的函數(shù)潮改。
經(jīng)過二次積分可得：
狭郑，s(t)為MEMS加速度計(jì)位移，
和
為測量誤差汇在。
由上述結(jié)果可知經(jīng)過多次積分后翰萨，原本的測量誤差會被放大并zui終造成結(jié)果與實(shí)際嚴(yán)重不符，所以需要對信號做正確的處理糕殉，本文采取Min二乘法亩鬼。
整套系統(tǒng)的連接方式和數(shù)據(jù)同步處理流程分別如圖3和圖4所示。
圖3 FPGA板卡阿蝶、PSD及加速度計(jì)的連接方式
圖4 數(shù)據(jù)同步與處理
為了驗(yàn)證本文方法對測量結(jié)果的補(bǔ)償效果雳锋，通過控制高精度納米位移臺產(chǎn)生200HZ的5um振幅，并且采集信號羡洁，測試時(shí)間為十秒玷过。圖5(a)和(b)分別是PSD和加速度計(jì)測量得到的結(jié)果，圖6則是截取圖5其中一段之后所得到的分析結(jié)果筑煮。圖6(e)和圖6(f)是 PSD 測量結(jié)果經(jīng)過 MEMS 加速度計(jì)補(bǔ)償后的效果,可以看出系統(tǒng)自身振動(dòng)得到補(bǔ)償,待測物體的等幅正弦振動(dòng)得以呈現(xiàn)辛蚊。
圖5 環(huán)境引入振動(dòng)情況下的 PSD 與 MEMS 加速度計(jì)對待測物體振動(dòng)的測量結(jié)果
圖6 環(huán)境引入振動(dòng)情況下對 200 Hz 物體振動(dòng)信號測量及補(bǔ)償結(jié)果
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