目前的非接触测量方式对测量装置自身受环境冲击振动产生的影响考虑较少，这会对测量效果产生影响。文中提出了一种振动自补偿的低成本的测振方法,采用位置探测器测量振动信号,并利用 MEMS 加速度计测量测振系统自身振动用于补偿。经补偿后,环境振动冲击对使用位置探测器方法得到的振动测量结果的影响显著减弱。
基于位置探测器和加速度计的补偿测振法
基于位置探测器（PSD）的测振法目前广泛应用于工业和实验之中，具有成本较低和结构简单等优点。该方法在测量中的主要设备为PSD和激光器，测量的是测振系统和待测物体之间的相对位移，该位移是由待测物体的表面振动和测试系统本身振动两方面所引起的，当环境影响较大时测振系统自身的振动会对测试产生较大影响，因此这部分影响必须考虑。
本文提出了一种低成本的对系统自身振动补偿的测试方法。利用PSD获取测振系统和被测物体的相对位移，并利用与测振系统固连MEMS加速度计测量系统自身振动，以实现测振系统所受环境振动的补偿。
基本原理如图1所示，实际试验系统如图2所示。激光准直后经反射镜反射到被测面，反射光入射到PSD，被测物体的振动将会引起光斑的位置移动。在实际实验中，将被测物体放置在纳米位移台上，以此模拟物体的振动。
图1 PSD振动测量原理示意图
图2 基于PSD振动测量实验系统
MEMS加速度计和测振系统固连，通过感知测振系统相对于惯性坐标系的加速度计算得到位移量，计算的方法如下所示：
假设测到的加速度信号为：
，其中
是测量误差，f(t)是加速度和时间相关的函数。
经过二次积分可得：
，s(t)为MEMS加速度计位移，
和
为测量误差。
由上述结果可知经过多次积分后，原本的测量误差会被放大并zui终造成结果与实际严重不符，所以需要对信号做正确的处理，本文采取Min二乘法。
整套系统的连接方式和数据同步处理流程分别如图3和图4所示。
图3 FPGA板卡、PSD及加速度计的连接方式
图4 数据同步与处理
为了验证本文方法对测量结果的补偿效果，通过控制高精度纳米位移台产生200HZ的5um振幅，并且采集信号，测试时间为十秒。图5(a)和(b)分别是PSD和加速度计测量得到的结果，图6则是截取图5其中一段之后所得到的分析结果。图6(e)和图6(f)是 PSD 测量结果经过 MEMS 加速度计补偿后的效果,可以看出系统自身振动得到补偿,待测物体的等幅正弦振动得以呈现。
图5 环境引入振动情况下的 PSD 与 MEMS 加速度计对待测物体振动的测量结果
图6 环境引入振动情况下对 200 Hz 物体振动信号测量及补偿结果
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