可調(diào)頻閃儀的結(jié)構(gòu)及其工作原理

關(guān)鍵詞 可調(diào)頻閃儀 振動 高速旋轉(zhuǎn)構(gòu)件

０ 引 言

可調(diào)頻閃儀是能夠使作振動、高速旋轉(zhuǎn)或周期運動構(gòu)件變成“靜止不動”構(gòu)件的一種光學測
量裝置。若適當調(diào)節(jié)儀器的閃光頻率，使其等于構(gòu)件運動頻率的倍數(shù)或因數(shù)，則可以得到兩
個或多個位置的“靜止圖象”；稍微改變閃光頻率，還可使運動構(gòu)件作“慢動作”，便可以觀察
其運動軌跡了［１］。可見，在頻閃效應作用下，被測構(gòu)件的動態(tài)測量與“靜態(tài)”測量相當。這
就是測量技術(shù)中的“動靜法”。

1 可調(diào)頻閃儀的結(jié)構(gòu)及其工作原理

可調(diào)頻閃儀的結(jié)構(gòu)及其工作原理框圖如圖1所示。該裝置由三大部分組成：頻閃系統(tǒng)，脈沖
光源系統(tǒng)和信號傳感系統(tǒng)。其中最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使其進入不同工作狀態(tài)的。工作方式有信號外部觸發(fā)，延遲信號外部觸發(fā)和信
號在儀器內(nèi)部自動觸發(fā)三種。前兩種是借助于信號傳感器1和選擇編輯器2實施的。工作方式
選擇開關(guān)4決定了頻閃的方式，其中自動觸發(fā)的信號由脈沖信號發(fā)生器3發(fā)出。信號傳感器1
采用光電傳遞信號的形式，在被測構(gòu)件上制作4～8mm寬的白線條作為識別標志。為了改善頻
閃形式，避免當頻閃頻率超過某一限定值時的發(fā)光系統(tǒng)不工作現(xiàn)象，可利用選擇編輯器2

 本文于1996年5月收到。連通分壓器5使其降壓。在采用延遲外部觸發(fā)方式時，選
擇開關(guān)4使觸發(fā)脈沖經(jīng)可調(diào)延時器6，再將信號傳遞給操縱系統(tǒng)7。

為了保證頻閃裝置的正常工作，該儀器設(shè)置了頻率計和過載指示器11。當頻閃燈的發(fā)光
功率超過60W時，過載指示器中的發(fā)光二極管顯示，指示操作者應該更換工作狀態(tài)。當劇烈
超載時(發(fā)光功率超過120W)，操縱系統(tǒng)會將信號自動截止。信號發(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

頻閃燈啟動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C3電壓達到最大值時，可控硅VS2導通使頻閃啟動。整
個過程的控制由操縱系統(tǒng)電路實施。

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)射脈沖的進入，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
DD1.1在觸點3達到協(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處達到了協(xié)
調(diào)一致并形成脈沖的時間大約是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)生電流導致打開可控硅整流器VS1，時
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)值利用時間回路并且
當關(guān)閉晶體管確定。例如，當頻閃能量為3J時，合成頻率為40Hz是靠調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R2確定
的。當頻閃能量為1J時，打開晶體管VT1，調(diào)節(jié)電阻R4，合成頻率為120Hz。

1.3 信號發(fā)生器工作原理

信號發(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)生信號的作用。
電壓比較的轉(zhuǎn)移水平由接觸點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16所聯(lián)的分壓器R10來調(diào)節(jié)勢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實現(xiàn)。單穩(wěn)態(tài)
觸發(fā)器DD4.1和DD4.2給出了內(nèi)部自動發(fā)射和外部發(fā)射脈沖。延時系統(tǒng)由晶體管VT1和編輯
系統(tǒng)DA3完成。延時的數(shù)值由觸點21的勢能(即電阻R11“DELAY”)和由R15、C5(C4)所決
定的時間確定。借助于回路K1和閃射能量的轉(zhuǎn)換開關(guān)，可實現(xiàn)延時的波段轉(zhuǎn)換。

1.4 脈沖發(fā)光系統(tǒng)與信號傳感器

在圖2中，接通開關(guān)S1，操縱系統(tǒng)啟動頻閃電路后，啟動線圈和剩余電阻R13及電容 C5
使氣體發(fā)光燈NΦK—150頻閃發(fā)光。由圖2給出的信號傳感系統(tǒng)中可見：傳感器采用反射測
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

外部信號觸發(fā)時，測量頻率范圍為0～1000Hz。

內(nèi)部信號觸發(fā)時，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)時間小于10μｓ。

延時調(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 測量實例

下面給出可調(diào)頻閃儀配合光彈貼片儀，對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)圓盤進行應力應變測量的實例。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)部任一測點的應力應變數(shù)值［１］。
可見，它是解決高速旋轉(zhuǎn)構(gòu)件動應力應變測定的有效方法之一。