大学生创新创业 项目

1、基于FP腔的音频振动检测技术研究 指导老师：王东答辩人：赵维鹏数理科学与工程学院 光电信息科学与工程专业项目团队：赵维鹏 陈兴涛 李芝翔 目录项目内容项目期望拟解决问题项目背景国外研究现状立项背景国外研究现状立项背景国内研究现状立项背景现在未来立项背景项目内容研究目的：振动影响了现在精密机械加工的精度，本项目利用光学干涉方法实现微弱音频振动检测技术。项目内容 一，F-P腔干涉特性。1 F-P腔的工作原理 F-P腔（Fabry-perot Cavity）是一种利用多光束干涉现象来工作的装置。2 图中曲线表明，随着R的增大，透射光强极大的锐度越来越大。 R的增大意味着无穷系列中后面光束的作用越来越

2、不可忽略，从而参加到干涉效应中的光束数目越来越多，其结果是使干涉条纹的锐度变大。这一特征正是多光束干涉的普遍规律。项目内容 3 F-P腔的结构 右图所示的F-P 腔是由山西大学光电研究所设计的可控温F-P腔,由于F-P腔的腔长的变化, 将影响到透射光频率的稳定性,为此,在该F-P腔的设计中,充分考虑了环境温度的变化,空气的变化及机械振动等干扰的防护.项目内容 为了减小空气的流动,采用了密封的腔体,即用铝罩将腔体封住;为了减小温度的影响,采用了热膨胀系数较小的殷钢材料(线膨胀系数为=910-7/),同时用控温精度为0.3的控温仪,通过珀耳帖元件和热敏电阻来控温(为了避免殷钢导热性差对控温时间的限

3、制又在殷钢外包了一层对热反应敏感的紫铜);为了防震,在紫铜的外边包了一层胶木(起一定的保温作用),并将整个装置放在防震台上。项目内容 二，音频振动对F-P腔的影响。声与振动是紧密相连 的, 机械振动常常引起声辐射。物体振 动时, 激励它周围的空气质点振动, 由于空气具有可压缩性, 在质点的相互作用下, 振 动物体周 围的空气就交替地产生压缩与膨胀, 并且逐渐向外传播形成声波声压，产生振动信号，F-P腔接收振动信号，激光透过F-P腔，将振动信号转换为光信号。电器控制电路及结构设计项目内容完成多个结构图的设计3，设计振动信号检测的电路。技术路线分析想法思路各种材料介质都有其固有弹性模量和共振频率，

4、在受到激励产生自由振动时，就会发出固有频率的声音。通过测定在外力作用下，工件振动的音频参数（共振频测和衰减率）就可以预测材料的内部质量，如球墨铸铁的石墨情况，基体组织和机械机能。音频检测可以在瞬间完成，无需对工件进行特别的预处理，既可以接触式检测，也可以非接触式检测。音频检测金属材料内在质量的理论依据是金属材料的微观特征与音频参数存在着一种相互关联的依变关系，而且这种关 系在某种条件下还可以相互转化。技术路线分析想法思路F-P腔是一种利用多光束干涉现象来工作的装置。在F-P腔中，光入射一个镜子，透过第二个镜子的光强与镜子振动信号有关。这样由音频振动检测系统传递来的振动信号就能变成光信号，然后经

5、过特定装置将F-P腔的光信号再转变为电信号，这样就能检测到振动信号了。将FP腔的一个镜子安装在待测物体上F-P腔接收振动信号，激光透过F-P腔，将振动信号转换为光信号光强检测仪器将光信号转换为电信号，显示在示波器上 由振动信号得知工件的内部属性或待测仪器部件振动特性拟解决问题123如何用F-P腔将音频振动信号无失真地转换为光信号。尽可能无失真地将光振动信号转换为可测量的电信号。如何由音频信号反演出待测仪器内部特性技术路线分析创新特点基于F-P腔的音频振动检测技术可以实现微弱振动信号的检测，灵敏度高。基于F-P腔的音频检测技术，长期稳定性好，有利于减少噪声污染。已具备的条件研究基础具有相关专业知识项目成员均来自与项目相关的设计专业,能较好地应用所学知识和专业技能处理项目问题。对软件的掌握学习小组成员具备程软件基础，能够缩短软件准备工作周期，集中精力于产品创新点的深入开发和延拓。优秀老师的指导项目指导老师系具有多年研究开发经验的,并已在相关项目中获得显著成果。有可查询资料国内外相关研究资料已经具备，多种国外成熟无损检测技术具有可借鉴性。项目研究进度安排方案计划安排12342017年4月-2017年7月 2017年7月-2018年7月依据实验结果设计信号接收电路以及信号处理装置。2018年7月-2019年4月通过实验进行验证，分析实验结果，对装置进行进一步完善2019年4月-20