計(jì)數(shù)式非接觸光纖微振動(dòng)測(cè)量方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種計(jì)數(shù)式非接觸光纖微振動(dòng)測(cè)量方法和裝置。本發(fā)明裝置包括依次相連的激光器、光纖環(huán)形器、光電轉(zhuǎn)換器、高通濾波器、數(shù)據(jù)采集器及計(jì)算機(jī)，光纖環(huán)形器上還連接有光纖準(zhǔn)直器；激光器發(fā)出的光進(jìn)入光纖環(huán)形器的a腳，從其b腳出來(lái)的光連接到光纖準(zhǔn)直器上，光纖準(zhǔn)直器的端面反射光作為參考光；光纖準(zhǔn)直器發(fā)出的光投射到振動(dòng)目標(biāo)上，再通過(guò)光纖準(zhǔn)直器接收振動(dòng)目標(biāo)的散射光作為系統(tǒng)的信號(hào)光，參考光和信號(hào)光經(jīng)光纖環(huán)形器的c腳投射到光電轉(zhuǎn)換器表面發(fā)生干涉，干涉信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)高通濾波器和數(shù)據(jù)采集器A/D轉(zhuǎn)換后，連至計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，利用軟件編程計(jì)算振動(dòng)的頻率和幅值。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，抗干擾能力強(qiáng)。
【專利說(shuō)明】計(jì)數(shù)式非接觸光纖微振動(dòng)測(cè)量方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光微振動(dòng)傳感系統(tǒng)，具體地說(shuō)是一種計(jì)數(shù)式非接觸光纖微振動(dòng)測(cè)量方法和裝置，屬于激光干涉測(cè)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]激光干涉測(cè)振技術(shù)已經(jīng)成為科研工作和眾多行業(yè)中不可缺少的檢測(cè)方法。因?yàn)樗哂懈呔扰c靈敏度，遠(yuǎn)距離非接觸測(cè)量，高時(shí)空分辨率，高響應(yīng)度等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其技術(shù)用途可以覆蓋從大型結(jié)構(gòu)、建筑、橋梁的安全振動(dòng)范圍監(jiān)控，到各類發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)測(cè)量，再到微納器件、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、微光機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS)和納光機(jī)電系統(tǒng)(NOEMS)的微納振動(dòng)測(cè)量，被廣泛用于速度、位移、振幅、振動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量。
[0003]在傳統(tǒng)的空間光測(cè)振技術(shù)中，光學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，光路對(duì)準(zhǔn)精度要求高，調(diào)整復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種計(jì)數(shù)式非接觸光纖微振動(dòng)測(cè)量方法和裝置，該方法和裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整容易。
[0005]本發(fā)明提供的一種計(jì)數(shù)式非接觸光纖微振動(dòng)測(cè)量裝置，包括依次相連的激光器、光纖環(huán)形器、光電轉(zhuǎn)換器、高通濾波器、數(shù)據(jù)采集器及計(jì)算機(jī)，所述光纖環(huán)形器上還連接有光纖準(zhǔn)直器；所述激光器發(fā)出的光進(jìn)入所述光纖環(huán)形器的a腳，從其b腳出來(lái)的光連接到所述光纖準(zhǔn)直器上，所述光纖準(zhǔn)直器的端面反射光作為參考光；所述光纖準(zhǔn)直器發(fā)出的光投射到振動(dòng)目標(biāo)上，再通過(guò)所述光纖準(zhǔn)直器接收所述振動(dòng)目標(biāo)的散射光作為系統(tǒng)的信號(hào)光，參考光和信號(hào)光經(jīng)所述光纖環(huán)形器的c腳投射到所述光電轉(zhuǎn)換器表面發(fā)生干涉，干涉信號(hào)經(jīng)所述光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)所述高通濾波器和所述數(shù)據(jù)采集器A/D轉(zhuǎn)換后，連至所述計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，利用軟件編程計(jì)算振動(dòng)的頻率和幅值。
[0006]其中:整個(gè)光路都是采用普通單模光纖器件。
[0007]所述光纖準(zhǔn)直器采用直徑>5_的大口徑光纖準(zhǔn)直器。
[0008]本發(fā)明提供的一種計(jì)數(shù)式非接觸光纖微振動(dòng)測(cè)量方法，利用軟件編程計(jì)算振動(dòng)頻率和振幅的具體步驟是:采集到的信號(hào)從第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)的開(kāi)始，取其時(shí)間為h，第二個(gè)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間為t2，以此類推，取第η個(gè)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間為tn ;將相鄰過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間分別依次相減，t3_t2,..., H1 ;取相鄰的兩個(gè)Max (H1)之間的時(shí)間差為一個(gè)周期T,對(duì)每個(gè)周期內(nèi)的過(guò)零點(diǎn)的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)N ;T即為待測(cè)目標(biāo)的振動(dòng)周期，其倒數(shù)為振動(dòng)頻率，
Fx.即為待測(cè)目標(biāo)的振動(dòng)幅值。
[0009]其中:所述軟件采用Iabview軟件。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:本發(fā)明利用光纖準(zhǔn)直器的端面反射光作為參考光，利用振動(dòng)目標(biāo)的散射光作為信號(hào)光，利用濾波后干涉波形的過(guò)零點(diǎn)計(jì)數(shù)分析來(lái)計(jì)算振動(dòng)頻率、幅值，比傳統(tǒng)激光多普勒干涉儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，并且有很強(qiáng)的抗干擾能力?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明的濾波后的干涉信號(hào)圖形。
[0013]圖3為本發(fā)明中的計(jì)數(shù)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0015]圖1中，包括激光器1、光纖環(huán)形器2、光纖準(zhǔn)直器3、振動(dòng)目標(biāo)4、光電轉(zhuǎn)換器5、高通濾波器6、數(shù)據(jù)采集器7、計(jì)算機(jī)8等。
[0016]如圖1所示，是一種計(jì)數(shù)式非接觸光纖微振動(dòng)測(cè)量裝置，包括依次相連的激光器1、光纖環(huán)形器2、光電轉(zhuǎn)換器5、高通濾波器6、數(shù)據(jù)采集器7及計(jì)算機(jī)8，光纖環(huán)形器2上還連接有光纖準(zhǔn)直器3 ;激光器I發(fā)出的光進(jìn)入光纖環(huán)形器2的a腳，從其b腳出來(lái)的光連接到光纖準(zhǔn)直器3上，光纖準(zhǔn)直器3的端面反射光作為參考光；光纖準(zhǔn)直器3發(fā)出的光投射到振動(dòng)目標(biāo)4上,再通過(guò)光纖準(zhǔn)直器3接收振動(dòng)目標(biāo)4的散射光作為系統(tǒng)的信號(hào)光,參考光和信號(hào)光經(jīng)光纖環(huán)形器2的c腳投射到光電轉(zhuǎn)換器5表面發(fā)生干涉，干涉信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器5轉(zhuǎn)成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)高通濾波器6和數(shù)據(jù)采集器7A/D轉(zhuǎn)換后，連至計(jì)算機(jī)8進(jìn)行信號(hào)處理，利用軟件編程計(jì)算振動(dòng)的頻率和幅值。
[0017]其中:整個(gè)光路都是采用普通單模光纖器件。光纖準(zhǔn)直器3采用直徑>5_的大口徑光纖準(zhǔn)直器，非接觸測(cè)量時(shí)可以接收更多的散射光功率。高通濾波器6的作用是可濾除光電轉(zhuǎn)換器5輸出的直流量，以便于進(jìn)行下一步的過(guò)零點(diǎn)數(shù)據(jù)分析。
`[0018]本發(fā)明的原理如下:
在計(jì)數(shù)式光纖微振動(dòng)測(cè)量中，光纖準(zhǔn)直器3端面反射產(chǎn)生的參考光的表達(dá)式為:
U1 = Ee^(I)
光纖準(zhǔn)直器3發(fā)出的光投射到振動(dòng)目標(biāo)4上，再利用光纖準(zhǔn)直器3接收其后向散射光作為信號(hào)光，其表達(dá)式為:
U2 =(2)
所述參考光和信號(hào)光在光電轉(zhuǎn)換器5表面發(fā)生干涉,干涉后的光強(qiáng)表達(dá)式可以寫(xiě)為:
I = (U1 + U2)(U* +U*)=2E2+ 2E2 cos(Ccosa^i+Αφ) (3)
其表述式為典型的激光多普勒干涉式，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換和高通濾波后，其電信號(hào)波形如圖2所示，電信號(hào)中包含了振動(dòng)目標(biāo)4的振動(dòng)信息。
[0019]后序的算法如圖3所示，包括以下幾個(gè)步驟:
1、通過(guò)數(shù)據(jù)采集器7實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸入計(jì)算機(jī)8中。
[0020]2、將電信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)8中后，通過(guò)Iabview軟件做運(yùn)算，利用多普勒?qǐng)D形變化來(lái)計(jì)算振動(dòng)頻率、幅值。
[0021]具體方法如下:
1、采集到的信號(hào)從第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)的開(kāi)始，取其時(shí)間為，第二個(gè)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間為t2，以此類推，取第η個(gè)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間為tn ；
2、將相鄰過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間分別依次相減，t2-t1；t3-t2,..., tn-tn_!； 3、取相鄰的兩個(gè)Max(W1)之間的時(shí)間差為一個(gè)周期T，T即為待測(cè)目標(biāo)的振動(dòng)周期，其倒數(shù)為振動(dòng)頻率；
4、對(duì)每個(gè)周期內(nèi)的過(guò)零點(diǎn)的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)N，F(xiàn)x|即為待測(cè)目標(biāo)的振動(dòng)幅值。
[0022] 本發(fā)明利用單根光纖構(gòu)成的干涉儀結(jié)合頻率計(jì)數(shù)算法，無(wú)需接觸實(shí)測(cè)目標(biāo)即可測(cè)出其振動(dòng)信息，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，易于操作，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。
【權(quán)利要求】
1.一種計(jì)數(shù)式非接觸光纖微振動(dòng)測(cè)量裝置，其特征是:包括依次相連的激光器(I)、光纖環(huán)形器(2)、光電轉(zhuǎn)換器(5)、高通濾波器(6)、數(shù)據(jù)采集器(7)及計(jì)算機(jī)(8)，所述光纖環(huán)形器(2 )上還連接有光纖準(zhǔn)直器(3 );所述激光器(I)發(fā)出的光進(jìn)入所述光纖環(huán)形器(2 )的a腳，從其b腳出來(lái)的光連接到所述光纖準(zhǔn)直器(3)上，所述光纖準(zhǔn)直器(3)的端面反射光作為參考光；所述光纖準(zhǔn)直器(3)發(fā)出的光投射到振動(dòng)目標(biāo)(4)上，再通過(guò)所述光纖準(zhǔn)直器(3)接收所述振動(dòng)目標(biāo)(4)的散射光作為系統(tǒng)的信號(hào)光,參考光和信號(hào)光經(jīng)所述光纖環(huán)形器(2 )的c腳投射到所述光電轉(zhuǎn)換器(5 )表面發(fā)生干涉，干涉信號(hào)經(jīng)所述光電轉(zhuǎn)換器(5 )轉(zhuǎn)成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)所述高通濾波器(6 )和所述數(shù)據(jù)采集器(7 )A/D轉(zhuǎn)換后，連至所述計(jì)算機(jī)(8 )進(jìn)行信號(hào)處理，利用軟件編程計(jì)算振動(dòng)的頻率和幅值。
2.按照權(quán)利要求1所述的計(jì)數(shù)式非接觸光纖微振動(dòng)測(cè)量裝置，其特征是:整個(gè)光路都是采用普通單模光纖器件。
3.按照權(quán)利要求1所述的計(jì)數(shù)式非接觸光纖微振動(dòng)測(cè)量裝置，其特征是:所述光纖準(zhǔn)直器(3)采用直徑>5_的大口徑光纖準(zhǔn)直器。
4.一種使用權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述裝置進(jìn)行計(jì)數(shù)式非接觸光纖微振動(dòng)測(cè)量方法，其特征是，利用軟件編程計(jì)算振動(dòng)頻率和振幅的具體步驟是:采集到的信號(hào)從第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)的開(kāi)始，取其時(shí)間為h，第二個(gè)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間為t2，以此類推，取第η個(gè)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間為tn;將相鄰過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間分別依次相減，t2-t1；t3-t2，…，W1 ;取相鄰的兩個(gè)Max (W1)之間的時(shí)間差為一個(gè)周期T，對(duì)每個(gè)周期內(nèi)的過(guò)零點(diǎn)的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)N ;T即為待測(cè)目標(biāo)的振動(dòng)周期，其倒數(shù)為振動(dòng)頻率， i即為待測(cè)目標(biāo)的振動(dòng)幅值。
5.按照權(quán)利要求4所述的計(jì)數(shù)式光纖微振動(dòng)測(cè)量計(jì)數(shù)方法，其特征是:所述軟件采用Iabview 軟件。
【文檔編號(hào)】G01H9/00GK103759805SQ201410031376
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】甄勝來(lái), 俞本立, 孫靜靜, 劉宇, 程小燕, 方文壇 申請(qǐng)人:安徽大學(xué)