[發(fā)明專利]一種光柵干涉振動(dòng)測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610011533.9
• 申請(qǐng)日: 2016-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN105628188B
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷自力;劉曉軍;李千
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 襄陽愛默思智能檢測(cè)裝備有限公司
• 主分類號(hào): G01H17/00
• 分類號(hào): G01H17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種光柵干涉振動(dòng)測(cè)量方法。在光柵干涉基礎(chǔ)上，通過空間偏振移相得到多路不同相位的干涉信號(hào)，通過對(duì)光電接收器得到的多路光強(qiáng)信號(hào)的差分運(yùn)算和相位求解，獲得高精度的振動(dòng)測(cè)量分辨率。本發(fā)明具有測(cè)量精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于振動(dòng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

振動(dòng)測(cè)量在微機(jī)械系統(tǒng)和精細(xì)加工技術(shù)中有非常重要的作用。目前，振動(dòng)測(cè)量方法，按照振動(dòng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換方式可分為電測(cè)法和光學(xué)法。電測(cè)法主要有磁電式、壓電式和應(yīng)變片式，該類方法將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，對(duì)電信號(hào)進(jìn)出處理，進(jìn)而得到振動(dòng)參數(shù)。這類傳感器重量輕，體積小，成本低，但是容易受到現(xiàn)場(chǎng)電磁噪聲干擾，微小振動(dòng)場(chǎng)合受離心力及自身荷重的影響，可靠性降低，測(cè)量分辨率有限。光學(xué)測(cè)量法典型的方法有全息光學(xué)測(cè)振技術(shù)，多普勒頻移測(cè)量技術(shù)。光學(xué)測(cè)量法是非接觸測(cè)量，受振動(dòng)環(huán)境影響小，測(cè)量精度高，但是目前的光學(xué)測(cè)量方法，其系統(tǒng)比較大，價(jià)格昂貴，不適合安裝到振動(dòng)對(duì)象上做長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)振動(dòng)監(jiān)測(cè)。因此，研究高精度，低成本，抗干擾，可用做實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的振動(dòng)測(cè)量方法具有現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)振動(dòng)測(cè)量中的上述需求，利用光柵干涉信號(hào)分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)衍射光柵干涉振動(dòng)測(cè)量方法。本方法是在相位光柵干涉基礎(chǔ)上，通過空間偏振移相得到多路不同相位的偏振干涉信號(hào)，利用光電接收器獲取不同相位干涉信號(hào)強(qiáng)度，進(jìn)一步對(duì)強(qiáng)度信號(hào)進(jìn)行差分運(yùn)算和相位求解，從而獲得高精度的振幅測(cè)量值。

一種光柵干涉振動(dòng)測(cè)量方法，包括以下步驟：

步驟一，將衍射光柵(14)的底面膠結(jié)于振動(dòng)發(fā)生位置，光柵柵距方向垂直于膠結(jié)面；以半導(dǎo)體器（15）發(fā)出激光束垂直入射光柵表面。

步驟二，在衍射光柵反射出的+1級(jí)衍射光和-1級(jí)衍射光的光路中，分別放置第一反射鏡（1）和第二反射鏡（2），改變兩束光的方向，保證經(jīng)第一反射鏡（1）和第二反射鏡（2）反射后的兩束光以垂直角度交會(huì)于空間一點(diǎn)。在反射光交會(huì)之前，利用第一偏振片（3）和第二偏振片（4）分別對(duì)兩束反射光進(jìn)行偏振調(diào)制，調(diào)整第一偏振片（3）和第二偏振片（4）的擺放角度，使兩束反射光成為偏振相位相差90度的線偏振光。

步驟三，在交會(huì)點(diǎn)處，利用消偏振分光棱鏡（5）對(duì)兩束線偏振光進(jìn)行分光，調(diào)整消偏振分光棱鏡（5）的擺放角度，使兩束線偏振光同時(shí)各自被分光成為相互垂直的一束反射光一束透射光。

步驟四，在消偏振分光棱鏡（5）的兩個(gè)出射光線方向分別放置第一1/4玻片（6）和第二1/4玻片（7），對(duì)兩束出射光進(jìn)行偏振調(diào)制；調(diào)整第一1/4玻片（6）和第二1/4玻片（7）的放置角度，使得兩束出射光都成為圓偏振光。

步驟五，分別利用第一偏振分光棱鏡（8）和第二偏振分光棱鏡（9）對(duì)兩束出射圓偏振光進(jìn)行分光和偏振調(diào)制；通過調(diào)整第一偏振分光棱鏡（8）和第二偏振分光棱鏡（9）的擺放角度，要保證兩束圓偏振光各自被分光成為相互垂直的一束反射光一束透射光；同時(shí)，使得第一偏振分光棱鏡（8）和第二偏振分光棱鏡（9）的分光面成空間45度角。

步驟六，使用第一光電接收器（10）、第二光電接收器（11）、第三光電接收器（12）、第四光電接收器（13）分別接收由第一偏振分光棱鏡（8）和第二偏振分光棱鏡（9）出射的四路光束，測(cè)得在時(shí)刻t的四路光束的干涉強(qiáng)度分別為I1(t)、I2(t)、I3(t)、I4(t)；由此得到振動(dòng)源在時(shí)刻t的振幅Z(t)為：

Z(t)=arctan{ [I1(t)- I3(t)]/[I2(t)- I4(t)]}*(d/4??)

其中d為衍射光柵柵距。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于光學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，推動(dòng)振動(dòng)測(cè)量方法向小型化、低成本方向發(fā)展；光柵安裝方便是本發(fā)明能夠作為一種現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)振動(dòng)監(jiān)測(cè)的有效方法；通過偏振同步相移得到的干涉信號(hào)差分后相位求解精度高，能夠滿足高精度的振動(dòng)測(cè)量需求。

附圖說明