ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＶｉｂｒａｔｉｏｎＡｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄＦｒｅｑｕｅｎｃｙＵｓｉｎｇＨｉｇｈ－ＳｐｅｅｄＣＣＤＬａｓｅｒＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔＳｅｎｓｏｒ２０１５２９１Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．１２０１５（总第１０９期）ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＴＥＳＴＡＮＤＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ（ＳｕｍＮｏ．１０９）：１６７１－７４４９（２０１５）０１－００６８－０５激光位移传感器实时测量超声波振幅和频率的试验研究张愈浓１，李志超２（１．天津机电职业技术学院电气电子技术应用系，天津３００１３１；２．北卡罗莱纳农业技术州立大学工业与系统工程系，美国北卡罗莱纳州格林斯伯勒２７４１１）①摘要：超声波振动技术已经广泛应用于各类生产加工行业．但是，目前为止有关超声波振动实时监测方面的研究鲜有报道．本文提出了一种可行的实验方法对超声振动进行实时监测．超声波的振动由超声波发生器及其传递装置产生；通过使用世界领先的超高速、高精度电容耦合装置激光位移传感器对超声波振动进行实时跟踪和测量；所测振动数据由计算机存储并且开发了一系列Ｍａｔｌａｂ程序进而从原始数据中滤除噪声对超声波振动数据的干扰．结果显示：通过这一实验方法能够对超声波振动频率和周期进行精确评估，尤其是能够对超声波振幅进行精确测量，其测量精度可达到±０．１μｍ．超声波功率对超声波振幅的影响也可以通过这一实验方法显著呈现．关键词：振幅；频率；激光位移传感器；超声波测量；振动：ＴＨＺ１３．２文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７４４９．２０１５．０１．０１３ＺＨＡＮＧＹｕｎｏｎｇ１，ＬＩＺｈｉｃｈａｏ２（１．Ｄｅｐｔ．ｏｆＡｐｐｌｉｅｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＴｉａｎｊｉｎＶｏｃａｔｉｏｎａｌＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１３１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｐｔ．ｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ＆ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＣａｒｏｌｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ＆ＴｅｃｈｎｉｃａｌＳｔａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｒｅｅｎｓｂｏｒｏ，ＮＣ２７４１１，ＵＳＡ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅａｒｅｆｅｗｐｕｂｌｉｓｈｅｄｒｅｐｏｒｔｓａｂｏｕｔｒｅａｌ－ｔｉｍｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎ．Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｏｔｒａｃｋａｎｄｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉ在过去的５０年中，超声波技术已经被广泛应用于各种生产制造领域．尤其是在生产加工过程中，超声波振动技术已被应用于很多加工工艺（例如：钻［１，２］、磨［３－５］、铣［６］、车［７，８］等）．超声波加工（ＵＳＭ）和旋收稿日期：２０１４－０７－０３作者简介：张愈浓（１９７７－），女，副教授，硕士，主要从事电工电子技术研究．①（总第１０９期）激光位移传感器实时测量超声波振幅和频率的试验研究（张愈浓等）６９转式超声波加工（ＲＵＭ）是两种加工现代陶瓷的典型工艺．超声波加工（ＵＳＭ）工艺如图１（ａ）所示．超声波加工工具钻入所要加工的孔洞中做高频（通常为２０ｋＨｚ）振动，并在静力作用下进入工件．含有水和研磨料微粒的磨粉浆注入到工具头和工件之间．当研磨料微粒（悬浮在工具和工件之间的磨粉浆里）持续的冲击振动工具下行冲程中的工件材料时，该材料被切削掉．在超声波加工中，磨粉浆从工具和工件间的缝隙注入并流出，这就限制了材料去除率，不容易加工较深的孔［９］．并且，精度（即圆柱度和直线度）依赖于磨粉浆［９］．图１超声波加工（ＵＳＭ）和旋转式超声波加工（ＲＵＭ）示意图Ｆｉｇ．１Ｉｌｌｕ...