可调频闪仪的结构及其工作原理

关键词 可调频闪仪 振动 高速旋转构件

０ 引 言

可调频闪仪是能够使作振动、高速旋转或周期运动构件变成“静止不动”构件的一种光学测
量装置。若适当调节仪器的闪光频率，使其等于构件运动频率的倍数或因数，则可以得到两
个或多个位置的“静止图象”；稍微改变闪光频率，还可使运动构件作“慢动作”，便可以观察
其运动轨迹了［１］。可见，在频闪效应作用下，被测构件的动态测量与“静态”测量相当。这
就是测量技术中的“动静法”。

1 可调频闪仪的结构及其工作原理

可调频闪仪的结构及其工作原理框图如图1所示。该装置由三大部分组成：频闪系统，脉冲
光源系统和信号传感系统。其中最基本的工作部分是发光装置——频闪灯10。频闪灯的工作
受操纵系统7和电容9控制。脉冲发生器的工作方式决定了操纵系统的工作状态，它是靠工作
方式选择开关4使其进入不同工作状态的。工作方式有信号外部触发，延迟信号外部触发和信
号在仪器内部自动触发三种。前两种是借助于信号传感器1和选择编辑器2实施的。工作方式
选择开关4决定了频闪的方式，其中自动触发的信号由脉冲信号发生器3发出。信号传感器1
采用光电传递信号的形式，在被测构件上制作4～8mm宽的白线条作为识别标志。为了改善频
闪形式，避免当频闪频率超过某一限定值时的发光系统不工作现象，可利用选择编辑器2

 本文于1996年5月收到。连通分压器5使其降压。在采用延迟外部触发方式时，选
择开关4使触发脉冲经可调延时器6，再将信号传递给操纵系统7。

为了保证频闪装置的正常工作，该仪器设置了频率计和过载指示器11。当频闪灯的发光
功率超过60W时，过载指示器中的发光二极管显示，指示操作者应该更换工作状态。当剧烈
超载时(发光功率超过120W)，操纵系统会将信号自动截止。信号发生器3和操纵系统7的用电
是由电源12供给的。

1.1 频闪灯的启动

频闪灯启动的电源电路是互感形式的。图2中的二极管VD1、VD2和电容器C1、C2组成了倍压
整流器，将蓄能电容C3、C4接可控硅整流器VS1便形成了由C1、C2、C3、L1组成的振荡回路。在
中断VS1的瞬间，产生了振荡过程。当C3电压达到最大值时，可控硅VS2导通使频闪启动。整
个过程的控制由操纵系统电路实施。

1.2 操纵系统

操纵系统工作原理图如图3所示。在低逻辑条件下，随着发射脉冲的进入，单稳态触发器
DD1.1在触点3达到协调一致。在反向电压作用下，单稳态触发器DD1.2在出口Q处达到了协
调一致并形成脉冲的时间大约是4mｓ。脉冲前沿打开了晶体管VT2和VT3，结果在变压器
T1线圈的绕组上产生了电流，该电流打开了图2中的可控硅整流器VS2；脉冲的后缘打开了
晶体管VT4、VT5，结果在变压器T2线圈的绕组上产生电流导致打开可控硅整流器VS1，时
间间隔为4mｓ。单稳态触发器DD1.1给出了频率函数，其合成频率的数值利用时间回路并且
当关闭晶体管确定。例如，当频闪能量为3J时，合成频率为40Hz是靠调节可调电阻R2确定
的。当频闪能量为1J时，打开晶体管VT1，调节电阻R4，合成频率为120Hz。

1.3 信号发生器工作原理

信号发生工作电路示于图4。在局部系统DA1中的电压比较电路起到了发生信号的作用。
电压比较的转移水平由接触点9和图2中的可调电阻R9(LEVEV)确定。在局部系统DA2构成了由
触点16所联的分压器R10来调节势能变化的频率多谐振荡器［２］。在DD1中，由电子开关
完成了工作制度的选择，DD2为频率分压器。分压系数的选择由倍增电路DD3实现。单稳态
触发器DD4.1和DD4.2给出了内部自动发射和外部发射脉冲。延时系统由晶体管VT1和编辑
系统DA3完成。延时的数值由触点21的势能(即电阻R11“DELAY”)和由R15、C5(C4)所决
定的时间确定。借助于回路K1和闪射能量的转换开关，可实现延时的波段转换。

1.4 脉冲发光系统与信号传感器

在图2中，接通开关S1，操纵系统启动频闪电路后，启动线圈和剩余电阻R13及电容 C5
使气体发光灯NΦK—150频闪发光。由图2给出的信号传感系统中可见：传感器采用反射测
量原理，它由发射红外二极管VD6和接收二极管VD7、限流电阻R15、光电流放大晶体管VT
1组成。

2 可调频闪仪的技术特征指标

外部信号触发时，测量频率范围为0～1000Hz。

内部信号触发时，使用频率波段为5～12；10～25；25～50；40～100Hz。

频闪能量：1J、3J。

频闪光持续时间小于10μｓ。

延时调整分别为2.5×10-5～2.5×10-2ｓ和10-4～10-1ｓ

仪器电源220V，50～60Hz，功率小于160W。

3 测量实例

下面给出可调频闪仪配合光弹贴片仪，对一铝制的具有阶梯形断面并粘贴有光弹贴片的
高速旋转圆盘进行应力应变测量的实例。圆盘较薄部位和开孔处的光弹条纹如图5所示，由此
很容易获得圆盘开孔处、贴片自由边界处，以及贴片内部任一测点的应力应变数值［１］。
可见，它是解决高速旋转构件动应力应变测定的有效方法之一。