[發(fā)明專利]一種遠(yuǎn)距離非接觸振動測量裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110424027.X
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN102519573A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊若夫;王運(yùn)付;楊春平;敖明武;吳健
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 成都科海專利事務(wù)有限責(zé)任公司 51202
• 代理人: 盛明潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光測量振動領(lǐng)域，特別是能夠利用線陣CCD進(jìn)行高速、實(shí)時測量，能夠利用望遠(yuǎn)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的非接觸振動測量。

背景技術(shù)

振動測量是當(dāng)前的熱門的研究課題，在已有的測振技術(shù)中，有壓電陶瓷接觸測量，激光多普勒測量、激光干涉測量、散斑法測量等技術(shù)。

2010年公布的一份專利《一種激光零差測振光學(xué)系統(tǒng)及其信號處理方法》，其專利號為201010129624.5，其結(jié)構(gòu)圖如附圖1，該系統(tǒng)是由激光器1，準(zhǔn)直器2，分光棱鏡3，平面反射鏡4，二象限探測器5和被測目標(biāo)6組成。從激光器1發(fā)出的激光經(jīng)準(zhǔn)直器2準(zhǔn)直后，通過分光棱鏡3分成兩束，其中一束被平面鏡4反射后再次透過分光鏡3并投向二象限探測器5，作為參考光束，另一束光經(jīng)被測目標(biāo)6反射后，被分光棱鏡3反射并投向二象限探測器5，此為信號光束。參考光束和信號光束在二象限探測器5表面發(fā)生干涉，由二象限探測5輸出兩路有固定相位差的信號U1，、U2，該兩路信號再進(jìn)入信號處理部分。在信號處理部分，對兩路信號進(jìn)行平滑濾波、單位圓校正、相位微分相除等算法，可以將振動信號還原出來。該測試系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是使用器件少，但仍存在有如下缺陷：首先，該裝置采用的是象元數(shù)等于2或大于2的探測器，(實(shí)際應(yīng)用中只用到其中的兩個象元)同時要調(diào)節(jié)光路使產(chǎn)生的干涉條紋間距大于二象限探測器光敏面的直徑，這在實(shí)際操作中是很困難的，尤其當(dāng)光敏面和光線不能垂直時，探測器將無法正確反應(yīng)干涉條紋的變化。其次，在信號處理過程中，最小二乘法一般無法直接獲得正交信號，而需要對非正交信號進(jìn)行單位圓校正，因此存在附加誤差。第三，該裝置中采用的是邁克爾遜干涉系統(tǒng)，光路中的干擾信息難以有效避免。

發(fā)明內(nèi)容

針對原振動測量系統(tǒng)存在的問題，本發(fā)明提供一種新的振動測量裝置，減少調(diào)試難度，簡化處理算法，盡可能避免干擾，以提高測量精度、擴(kuò)大測量范圍和便于測量操作。

該裝置由三部分組成如附圖2，分別是由虛線框起來的光學(xué)系統(tǒng)、被探測的振動目標(biāo)7和信號處理部分15。其中光學(xué)系統(tǒng)部分由帶準(zhǔn)直擴(kuò)束激光器1，高反射直角棱鏡2，光衰減器組3，反射平面鏡4，反射平面鏡5，光纖兩端準(zhǔn)直器6，望遠(yuǎn)系統(tǒng)8，分光鏡9，針孔濾波器10，平面鏡11，聚焦透鏡12，線陣CCD13和線陣CCD采卡14組成。

帶準(zhǔn)直擴(kuò)束激光器1發(fā)出的激光束由分光鏡9分成兩束，一束較強(qiáng)的光透過分光鏡射向振動物體7，由7漫反射產(chǎn)生的光被望遠(yuǎn)系統(tǒng)8收集，并耦合到光纖兩端準(zhǔn)直器6，然后出射到反射平面鏡5射向針孔濾波器10，該束光帶有振動物體7的振動信息，作為信號光；另一束較弱的光經(jīng)反射平面鏡4反射后，透過光衰減器組3，再經(jīng)高反射直角棱鏡2，使折回的光束與入射光束有空間位移，再經(jīng)平面鏡4轉(zhuǎn)向，也射向針孔濾波器10，構(gòu)成參考光。調(diào)整光路使兩束光保持平行。兩束光均只有一部分通過針孔濾波器，形成兩束衍射光，經(jīng)平面鏡(11)轉(zhuǎn)向，再透過聚焦透鏡(12)在焦平面上產(chǎn)生干涉條紋，干涉條紋中的最大光強(qiáng)對應(yīng)的位置與振動物體7的位移量具有確定的比例關(guān)系，如附圖4。在干涉條紋所在位置放置線陣CCD13，將干涉條紋轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)線陣CCD采集卡14采集后輸出到信號處理部分。

信號處理部分是一臺微型計算機(jī)。計算程序基于本專利第一發(fā)明人楊若夫先生在2009年12月物理學(xué)報上的一篇文章《基于能動分塊反射鏡的兩路光纖放大器相位探測及其相干合成實(shí)驗(yàn)研究》提到的算法，但加以改進(jìn)并應(yīng)用到本測振系統(tǒng)中。基本步驟是在每幀中確認(rèn)條紋最大值的位置，然后轉(zhuǎn)換成振動物體7的位移值，按每幀順序排序以獲得振動物體7的位移變化函數(shù)，對該函數(shù)實(shí)行微分運(yùn)算，就可以還原出振動信號。

本裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①配備有望遠(yuǎn)系統(tǒng)8，通過調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)系統(tǒng)焦距，可以對不同距離物體進(jìn)行振動測量；②采用線陣CCD作為光探測器，線陣CCD的像素間距比之一般象限探測器的像素間距小，可以分辨更微小的變化以提高測量精度；③采用針孔濾波器10，去除多余干擾光，保證干涉條紋的清晰度和準(zhǔn)確性；④裝置中采用光纖兩端準(zhǔn)直器6，可以使裝置不受外界沖擊震動的影響，還可以將光準(zhǔn)直成平行光束。

附圖說明

圖1是已有技術(shù)，《一種激光零差測振光學(xué)系統(tǒng)機(jī)器信號處理方法》的結(jié)構(gòu)圖，其中：1-激光器，2-光束準(zhǔn)直器，3分光棱鏡，4-平面鏡，5-二象限光電探測器，6-揚(yáng)聲器。

圖2是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)圖