为了保证精密仪器正常工作和测量精度,对于环境参数如温度、湿度、洁净度和振动等有一定的要求。为了解仪器工作的环境振动情况,一般会采用如振动位移计、振动加速度计等仪器来测量和分析。本文设计了一种适用于测量低频振动的光学式振动传感器。该光学振动传感器利用DVD光读取头中对位移变化敏感的聚焦误差信号(FES)来检测传感器中拾振器的相对振动,实际测量时只需要将其垂直安装在被测物体表面即可,具有结构简单、灵敏度高、成本低等优点。传感器结构主要由两部分组成:DVD光读取头和悬臂梁拾振器。悬臂梁的一端固定在金属基座上,另一端自由悬置,并在悬置端的下方粘贴有反射镜。静态时,DVD光读取头中的出射光照射到反射镜表面并反射回光读取头中,光读取头产生的FES信号为0。当外界发生振动时,金属基座会与外界物体作同步运动,悬臂梁的悬置端在惯性力作用下会产生相对振动,此时光读取头输出与悬置端的位移变化成线性关系的FES信号。进一步根据悬臂梁的相对振动和外界振动二者之间的函数关系,通过后续计算处理,即可由FES信号求取外界振动量大小。本文首先对设计方案进行了论证,通过分析振动传感器中振动位移计和振动加速度计的设计原理,结合DVD光读取头的FES信号灵敏高、线性范围小的特点,得出利用光读取头测量振动加速度能满足实际测量需要的结论。进一步介绍了传感器机械结构和拾振器结构的参数设计,并详细阐述了悬臂梁拾振器的几何尺寸对传感器性能(固有频率)的影响。悬臂梁的固有频率会影响传感器的频率响应范围和灵敏度。因为该光学传感器的传递函数呈现低通响应,增大固有频率会在提高频响高端范围的同时减小灵敏度,反之亦然。所以需要根据实际振动量的特点来确定合适的固有频率,即悬臂梁的几何尺寸。进一步利用ANSYS软件对悬臂梁进行了模态分析,验证理论推导的正确性。最后设计了以微处理器MSP130F149为核心的嵌入式测量系统,实现对信号的预处理、运算以及频率、电压的测量,可将频率和加速度值显示在LCD屏幕上,使传感器能够实时处理和显示信号,方便了传感器的使用。