[發明專利]一種基于光學原理的旋轉設備轉子軸振動測量系統

在審

• 申請號: 202011244006.5
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112525325A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 趙繼興;劉曉奎;陸大勇;孟慶黨;楊佰臻;李偉;肖立勝;解瑞;劉華;金曉明
• 申請（專利權）人: 華能巢湖發電有限責任公司
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 葉美琴

本發明提出了一種基于光學原理的旋轉設備轉子軸振動測量系統，包括：激光器，用于向被測物體入射激光光束；聚焦透鏡、光接收元件，聚焦透鏡用于接收入射激光光束在被測物體表面發生的反射光并將反射光成像在光接收元件上；信號處理器，與光接收元件信號連接，用于接收光接收元件輸出的成像點光斑位置的電信號并根據電信號計算出被測物體表面位移量；終端，與信號處理器信號連接，用于實時顯示成像點光斑的位移數據并對位移數據進行頻譜分析。本發明基于光學原理，實現了對高速旋轉設備轉子的軸振動非接觸式的測量、分析；結構簡單，成本低，精度高，操作簡單，具有可移動式測量功能。

技術領域

本發明涉及振動測量技術領域，尤其涉及一種基于光學原理的旋轉設備轉子軸振動測量系統。

背景技術

大型旋轉機械裝備是我國工業生產中的重要設備，在我國電力、化工、石油、冶金等行業廣泛分布。在火力發電廠和核電站中，生產現場應用了很多大型泵、風機，尤其是以汽輪機拖動發電機來生產電能的，汽輪發電機組為人類提供了80％左右的電能，是現代化國家中重要的動力機械設備。發電企業通過獲取一系列狀態特征參量對大型旋轉設備的轉子進行重點監測，包括振動、溫度、偏心和軸向位移等，其中尤以振動信號為主，被稱為轉子的“體溫計”，直接反映了轉子的健康狀況。一臺機組正常運行時，其振動值和振動變化值都應該比較小，一旦機組振動值變大，或振動變得不穩定，都說明設備出現了一定程度的故障。設備的振動信號中蘊藏了大量信息，檢測振動數據中的特征信息，并分析產生振動的原因，越來越得到生產企業的重視。

目前工業現場中應用的頻譜分析儀器，探頭采用加速度式壓電系統，測量時，需將探頭固定在被測表面上，跟隨被測表面一起振動，探頭將感受到的振動信號轉換為電信號進行分析處理。加速度式系統在測量高頻段振動式靈敏度高，優勢明顯。但其缺點是接觸式測量方法，必須采用手持或其他方式將探頭與被測表面固定，不能直接測量高速旋轉的軸的振動，使得儀器的使用有一定的局限性。

發明內容

基于背景技術中存在的技術問題，本發明提出了一種基于光學原理的旋轉設備轉子軸振動測量系統。

本發明提出的一種基于光學原理的旋轉設備轉子軸振動測量系統，包括：

激光器，用于向被測物體入射激光光束；

聚焦透鏡、光接收元件，聚焦透鏡用于接收入射激光光束在被測物體表面發生的反射光并將反射光成像在光接收元件上；

信號處理器，與光接收元件信號連接，用于接收光接收元件輸出的成像點光斑位置的電信號并根據電信號計算出被測物體表面位移量；

終端，與信號處理器信號連接，用于實時顯示成像點光斑的位移數據并對位移數據進行頻譜分析。

優選的，被測物體表面位移量y滿足

其中：α為激光器的入射激光光束與聚焦透鏡的光軸之間的夾角，β為聚焦透鏡的光軸與光接收元件之間的夾角，l₁為聚焦透鏡的物距，l₂為聚焦透鏡的像距，x為成像點光斑在光接收元件上產生的位移。

優選的，l₁、l₂滿足以下關系：

l₁tanα＝l₂tanβ；

其中，f為聚焦透鏡的焦距。

優選的，激光器的入射激光光束與聚焦透鏡的光軸之間的夾角α為20°-40°。

優選的，還包括殼體，所述激光器、聚焦透鏡、光接收元件、信號處理器均安裝在殼體內，殼體上開設有供激光器的入射激光光束以及漫反射光穿過的通光口。

優選的，通光口內安裝有窄帶濾光片。