[发明专利]一种零长弹簧自由振动周期的测量系统及方法

权利要求书

1.一种零长弹簧自由振动周期的测量系统，其特征在于：包括弹簧悬挂装置、待测弹簧、弹簧挂重、光源、斯密特棱镜、成像透镜及PSD，在弹簧悬挂装置下悬挂吊装待测弹簧，该待测弹簧下面同轴固装弹簧挂重，在弹簧挂重下表面抛光成反射面；在弹簧挂重下方一侧设置一激光器，在弹簧挂重下方的另一侧依次设置斯密特棱镜、成像透镜及PSD，光源发射的激光经过弹簧挂重的反射面反射到斯密特棱镜上，该激光经过斯密特棱镜的反射、折射后水平射向成像透镜上，经过成像透镜的折射到达PSD上，PSD将光斑信号转换为电信号，该信号由信号采集及处理系统传输给上位机，经过测试软件运算后使零长弹簧自由振动周期的测量过程及结果直观地显示出来；

所述弹簧挂重的大圆直径为50mm，小圆外径为40mm，下表面抛光；挂重上表面径向均匀分布3×5个螺孔，上面共旋入3个螺钉来保证质量；当挂重旋入弹簧后，若挂重发生倾斜，通过改变螺钉的位置来使挂重水平；

所述斯密特棱镜底面镀高反膜以调节光线角度及对准；

所述光源包含激光器及准直器，激光器发出一束功率可调的光线，通过光纤耦合到准直器，在激光器的供电电源与激光器之间串联一个电位器，调整电位器阻值，即改变激光器的驱动电压就可调节激光器的功率；

所述PSD选用二维PSD，采用±12V供电，输出为四路±10V范围内的电压信号；

所述PSD，其数据采集系统是以DSP芯片TMS320F28335为核心，外围包括电源模块、电压转换模块、CAN口控制器和串口控制器；DSP TMS320F28335集成包括有CAN总线接口、2路UART串行接口和16路12位A/D转换模块，CPU频率为150M；DSP芯片自带16路12位A/D转换模块，输入要求为0～3V，中间需要电压转换模块；DSP TMS320F28335将A/D转换采集到的数据进行存储，并及时通过CAN总线接口和串行接口发送给计算机，计算机负责最后的数据存储和处理；

一种零长弹簧自由振动周期的测量方法的步骤是：

⑴将待测弹簧安装在弹簧悬挂装置上，在弹簧挂重下表面抛光成反射面；当待测弹簧振动时，弹簧挂重下表面随弹簧上下振动；

⑵激光器发出的激光与水平方向成45º角射向已抛光成反射面的挂重下表面，反射后射到PSD的光敏面上；

⑶在挂重反射面与PSD之间增加一个成像透镜，当弹簧振幅较大时，调节成像透镜的位置，使激光在挂重下表面形成的光斑范围在1平面的z-z0之间，使PSD所在的1’平面在1倍焦距和2倍焦距之间，将光斑范围缩小到z’-z0’之间；同理，当弹簧振幅较小时，z-z0范围变小，调节成像透镜的位置，使激光在挂重下表面形成的光斑范围在1’平面的z-z0之间，使PSD所在的2’平面在2倍焦距以外，将光斑范围放大到z’-z0’之间；

⑷在挂重下方一侧与成像透镜之间增加一个斯密特棱镜，其作用是使得出射光线偏转45º，这样就将光轴变为水平方向；

⑸激光器的激光经挂重下表面的镜面反射后光斑成像到PSD的光敏面上，PSD将光斑信号转换为电信号，测量信息由信号采集及处理系统传输给上位机；测试软件经过运算后使测量过程及结果直观地显示出来。