[發明專利]一種激光振動、位移傳感器及其測量方法

有效

• 申請號: 201410449192.4
• 申請日: 2014-09-04
• 公開（公告）號: CN104236464B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 葉崗;宋云峰;陳士釗;王曉;王雷
• 申請（專利權）人: 寧波舜宇智能科技有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 胡彬

技術領域

本發明屬于精密測量領域，涉及一種振動、位移傳感器，特別涉及一種結合激光自混合技術與激光三角法的振動、位移傳感器及其測量方法。

背景技術

激光三角法廣泛應用于測量領域，主要進行距離，位移等測量；但是對于頻率較高的振動變化，則要求探測器CCD/CMOS工作在高幀率狀態下，高幀率勢必減少曝光時間，影響圖像分辨率。另外，探測器CCD/CMOS工作在10MHz的驅動頻率下，如果像素點為2K，則探測器幀率為5KHz，對于振動而言，一個周期測量十個點，則最大的振動頻率為500Hz；因而激光三角法對于頻率高于500Hz的振動較為困難。

激光自混合技術結構簡單，只需要激光器與探測器就可以構成振動探測系統，但是根據張玉燕博士論文《基于LD自混合干涉的位移及速度測量技術的研究》第五章的結論，激光自混合技術對于低速(小于70mm/s)測量精度不高。而對于低頻振動而言，所對應的速度普遍不高，所以激光自混合技術對于低頻振動測量有待改進。

另外，激光自混合技術所采用的激光器要求，一般采用單縱膜運行，線寬要求小于1GHz，輸出功率幾個mW的半導體激光器，但是滿足這些條件的可見光激光器較少，而量產的價格便宜的通信用半導體激光器普遍在紅外波段。

發明內容

本發明提供了一種激光振動、位移傳感器及其測量方法，能夠實現0Hz～20kHz的寬振動頻率范圍的測量。其技術方案如下所述：

一種激光振動、位移傳感器，包括光學系統與電路系統；

在物體振動高頻情況下，所述電路系統的驅動電路形成周期電流驅動光學系統的激光器出射激光投射到物體上，所述物體的散射光反饋回激光器形成自混合干涉，并由所述電路系統進行物體的高頻振動解調；

在物體振動低頻情況下，所述電路系統的驅動電路形成恒流電流驅動光學系統的激光器出射激光投射到物體上，所述物體的斜向散射光由聚焦系統接收，在線陣探測器上形成光斑，形成激光三角法結構，并由所述電路系統進行物體的低頻振動解調。

所述光學系統包括激光器、光電探測器、準直系統、聚焦系統和線陣探測器；所述準直系統設置在激光器和振動物體之間，所述光電探測器與激光器相連接，用于測量激光器的輸出功率，所述聚焦系統和線陣探測器用于探測激光器照射到振動物體的斜向散射；

所述電路系統包括運算控制單元，與運算控制單元相連接的功能選擇單元、光電探測器的信號放大電路以及線陣探測器的探測電路，所述運算控制單元與激光器的驅動電路相連接。

所述的激光振動、位移傳感器還包括可見光光源、反射器、合束器，所述可見光光源的出射光線經反射鏡后，再通過合束器合束后，由準直系統出射形成指示光路。

所述聚焦系統和線陣探測器之間設置有帶通濾波器。

根據上述激光振動、位移傳感器的測量方法，如下所述：

功能選擇單元選擇高頻測量功能，傳感器啟動自混合探測模式：運算控制單元控制驅動電路形成周期電流驅動激光器，激光器出射激光經過準直系統后投射到物體上，物體的散射光經準直系統反饋回激光器，形成自混合干涉，光電探測器探測激光器輸出的激光交流信號，經過信號放大電路后傳回運算控制電路進行物體的高頻振動解調；

功能選擇單元選擇低頻測量功能，傳感器啟動激光三角法探測模式：運算控制單元控制驅動電路形成恒定電流驅動激光器，激光器出射激光經過準直系統后投射到物體上，物體的斜向散射光由聚焦系統接收，在線陣探測器上形成光斑，形成激光三角法結構；光斑在線陣探測器上的像素點位置與物體沿激光器出射激光方向的位移一一對應；探測電路將線陣探測器上接收到的光電信號傳回運算控制單元，運算控制單元通過光斑像素點位置變化，解調物體的低頻位移變化。

進一步的，激光器為紅外波段測量激光器時，振動物體的斜向散射進入聚焦系統中，經過帶通濾波器后，可見光被反射，紅外光透射在線陣探測器上形成光斑，形成激光三角法結構，光斑在線陣探測器上的像素點位置與物體沿激光器出射激光方向的位移一一對應；探測電路將線陣探測器上接收到的光電信號傳回運算控制單元，運算控制單元通過光斑像素點位置變化，解調物體的低頻位移變化。

激光器為紅外波段測量激光器時，可見光光源的出射光線經反射鏡后，再通過合束器合束后，由準直系統出射形成指示光路。

本發明在不增加系統復雜度的情況下，實現了激光三角法與激光自混合技術的有機結合，實現了高頻振動與低頻位移變化兩種功能。

附圖說明

圖1是本發明提供的實施例1的示意圖；