有些振动需要在水下测试，典型的例子就是超声医疗换能器。还有需要在水下测试的应用就是海洋和潜艇开发。本文说明了如何使用激光测振仪测试当物体浸入到水里后振动特性的具体变化。我们选择了一个简单的金属梁作为测试样品，使用压电片激励。使用三维激光测振仪PSV-500-3D对物体进行非接触测试。首先在空气中进行测试，然后把物体沉入水中，采用相同的设置测试，从而看出物体振动的变化。

实验搭建

Polytec提供两种扫描式激光测振仪用于不同的测量场合。第一种是红外式扫描头，激光波长是1550nm，输出功率是10mW。它具有更高的灵敏度和信噪比，测试距离更远。由于这个波长的激光在水里被迅速吸收，所以到达不了视网膜，是人眼安全的。它明显的缺点就是不能进行水下测试。第二种扫描式激光测振仪采用633nm的红色激光，输出功率是1mW，由于其功率低，也属于人眼安全的级别。这个波长的激光在水里的衰减很弱，所以可以进行水下测试。

对于三维测量，三个扫描头需要以不同的角度照射到被测物体表面，PSV软件确保三束激光重合在同一个测量点，在所有的测量点提取X、Y和Z三个方向的振动。图1表示了仪器的搭建。

 图1 PSV-500-3D 扫描式激光测振仪

被测物体是150mm长的铝梁，截面是12*12mm，如图2 所示。被测物体由一个直径10mm压电片激励。使用绝缘胶把压电片粘到被测物体。如果供电电压不是很高的时候，可以在水下正常工作。本次测试的激励电压是40V。

图2 被测物体

被测物体放置到一个空的玻璃容器，玻璃容器放置到橡胶阻尼上。透过玻璃容器的侧壁首先进行空气中的三维扫描测试。水下测试的时候，只需要在玻璃容器中加入纯净水即可进行测试。这样尽可能保持其它测试条件不便。图3显示了玻璃容器中有水的时候，可以看到红色的测试激光点。

图3 被测物体在水缸中测试

实验结果

图4显示了几个峰值下的振型，左边是空气中的振型，右边是在水里的。可以看出，物体的振型一样但是频率有差别。进一步的数据可以明显的看到区别，图5显示了两次测试的平均谱，上边是在空气中，下边是在水里。当物体进入水里后发生了如下变化：

l  共振频率峰值有所减小

l  阻尼增加

图4 被测物体的振型（左边空气中，右边水中）

图5 被测物体的平均谱线（上边空气中，下边水中）

在水里的阻尼增加是合理的。我们注意到被测物体的纵向振型（图4 最下边一个）具有最小的频率变化和阻尼增加。这主要是由于纵向振动作用到水的前后面面积较小。但是在横向振动中，整个的纵向表面都收到水的作用，因此受到的影响比较大。还有一个注意事项，面外振动的幅值需要除以水的折射率（约1.3），面内振动的分量不需要变化。这个修正对幅值有小的影响，但是对振型影响不大，可以忽略。

结论

实验过程及参数设置在空气中和水中保持一样，确保测试反映了被测物体在水中的变化。实验结果可以清楚的看到空气中和水中的差别。在水中的结果振动基本一致，但是频率降低，阻尼增加。扫描式激光测振仪可以测试水下物体的动态特性，简单且高效。