CN103292891A - 光纤式同步可调谐面振动测量*** - Google Patents

光纤式同步可调谐面振动测量*** Download PDF

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本发明涉及一种光纤式同步可调谐面振动测量***，属于面振动参数精密测量技术领域。***由可控式光纤式激光源阵列及控制模块，光频调制单元，光学干涉单元，集束光同步调谐控制单元，干涉信号解调模块，控制及信息输出单元组成；测量***采用集束光纤作为测量光源，利用外差干涉的原理，采用了集束光同步调谐控制单元，通过分束、集束实现面振动的同步可调谐测量。本发明采用了集束光纤、面振动分束测量结构，使测量***紧凑方便，易于操作与控制，实现面振动的同步快速精准测量与评价，具有较好的应用推广价值。

Description

光纤式同步可调谐面振动测量***
技术领域
本发明涉及光纤式同步可调谐面振动测量***，属于面振动参数同步精密测量技术领域。
背景技术
振动测量关注物体表面的运动状态，由于工程应用中的多数物体并非理想刚体，因此单点振动或几点振动本身无法完整表述其振动形态，提出了对物体表面的面振动参数同步测量的技术要求，以对有关的疲劳、寿命、损伤、故障诊断等提供了更加全面***的信息条件。目前普遍使用扫描式振动测量方式，不同点之间振动的关联性以及相位信息无法反映出来，因此，发展同步面振动测量技术对于解决工程中固体表面振动测量问题具有重要的意义和价值。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有扫描式振动测量方式，无法反映出不同点之间振动的关联性以及相位信息的问题，提出一种光纤式同步可调谐面振动测量***。该***能够实现具有较高适应性和同步面振动测量能力。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种光纤式同步可调谐面振动测量***，由可控式光纤式激光源阵列及控制模块，光频调制模块，光学干涉模块，集束光同步调谐控制模块，干涉信号解调模块，控制及信息输出模块组成；
光纤式同步可调谐面振动测量***定义测量光方向为Z轴方向，垂直于测量光方向的平面为X、Y轴平面，以此共同组成空间直角坐标系；光频调制模块采用声光调制技术，在干涉测量的参考光频率上叠加调制光频，主要用于干涉测振时的速度方向判别；可控式光纤式激光源阵列及控制模块作为测量***的可选通光源，其组成为带耦合式准直输出的光纤阵列，其组成的光源阵列数量与测量***设计有关。使用中光纤光源阵列点的选择由使用者通过其选通控制***完成；集束光同步调谐控制单元用来选择测量光出射点阵，并具有光轴方向的机械调整功能可改变光电接收器的空间位置，实现面振动及可选择区域同步测量；
可控式光纤式激光源阵列及控制模块，由一组光纤激光器组成的光源阵列及光源选控电路组成，用于测量***的测量光源，其光源阵列的输出是可以通过光源选控电路任意设置选择的。
光频调制模块，主要包括声光调制器，声光调制驱动电源及信号发生器三个部分组成，利用布拉格光栅衍射的原理实现参考光频率调制，主要用于振动测量中速度方向的判断。
光学干涉模块，主要包括反射镜、集束光调谐器、偏振分光棱镜、1/4波片、1/2波片、光电接收器等必要的光学元件，共同实现光学干涉。
集束光同步调谐控制模块，主要包括焦距调节驱动电路及数据处理电路，用于集束光测量区域控制及电气输出调节。
干涉信号解调模块，主要包括数据采集的AD变换电路及同步控制电路，用于干涉信号的同步获取。
控制及信息输出模块控制干涉信号解调模块实现同步采集工作，将测量面各点振动量关联耦合，获取面同步测量结果并输出。
光纤式同步可调谐面振动测量***，可控式光纤式激光源，准直扩束器，第一偏振分光镜、声光调制器，第一反光镜、第二反光镜，1/2波片，第二偏振分光镜，1/4波片，第一集束光调谐器、测量对象，第二集束光调谐器，光电接收器，集束光同步调谐位移控制器；可控式光纤式激光源阵列及控制模块出射的测量光通过准直扩束器后形成集束光源，经偏振分光棱镜后形成测量与参考集束光；其中参考光通过声光调制器将参考光叠加调制光频，经第一反光镜、第二反光镜，后通过1/2波片通过第二偏振分光棱镜，到达第一集束光调谐器；测量光通过第二偏振分光棱镜，穿过1/4波片变圆偏振光，进入第一集束光调谐器，变成发散光入射被测对象，经反射原路返回经第一集束光调谐器及1/4波片转变为线偏振光，经第二偏振分光棱镜反射，最终与参考光汇聚在第二集束光调谐器，分束后通过集束光同步调谐位移控制器调整光电接收器位置对应接收，最后通过干涉信号解调***获得测量结果。
有益效果
1、本发明的光纤式同步可调谐面振动测量***，采用光纤式同步可调谐面振动测量原理可方便面振动的同步测量，解决了面振动扫描测量时的相位延迟的问题，提高了当前的面振动测量结果的准确度。
2、本发明光纤式同步可调谐面振动测量***，采用的结构简单，易于操作实现测量功能，有较好的环境适应性及测量精度。
3、本发明光纤式同步可调谐面振动测量***，采用了可控式光纤式激光源阵列，能够根据被测面形貌任意设置区域并同步测量，满足了复杂形貌的同步测量需求，能够很好地解决振动面复杂形貌同步测量问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中光纤式同步可调谐面振动测量***的工作原理图；
其中，1为可控式光纤式激光源阵列及控制模块，2为光频调制模块，3为光学干涉模块，4为集束光同步调谐控制模块，5为干涉信号解调模块，6为控制及信息输出模块，7为被测对象，8为测量装置；9为可控式光纤式激光源，10为准直扩束器，11为第一偏振分光镜、12为声光调制器，13为第一反光镜、14为第二反光镜，15为1/2波片，16为第二偏振分光镜，17为1/4波片，18为第一集束光调谐器、19为测量对象，20为第二集束光调谐器，21为光电接收器，22为集束光同步调谐位移控制器；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本发明的光纤式同步可调谐面振动测量***，如图1所示，测量对象为面振动参数，***由可控式光纤式激光源阵列及控制模块1，光频调制模块2，光学干涉模块3，集束光同步调谐控制模块4，干涉信号解调模块5，控制及信息输出模块6组成；
光纤式同步可调谐面振动测量***定义测量光方向为Z轴方向，垂直于测量光方向的平面为X、Y轴平面，以此共同组成空间直角坐标系；
光频调制单元采用声光调制技术，在干涉测量的参考光频率上叠加调制光频，主要用于干涉测振时的速度方向判别。
可控式光纤式激光源阵列及控制模块作为测量***的可选通光源，其组成为带耦合式准直输出的光纤阵列，其组成的光源阵列数量与测量***设计有关。使用中光纤光源阵列点的选择由使用者通过其选通控制***完成；
集束光同步调谐控制单元用来选择测量光出射点阵，并具有光轴方向的机械调整功能可改变光电接收器的空间位置，实现面振动及可选择区域同步测量；
控制及信息输出单元控制干涉信号解调模块实现同步采集工作，将测量面各点振动量关联耦合，获取面同步测量结果并输出。
光纤式同步可调谐面振动测量***测量时如图2所示，光纤式同步可调谐面振动测量***，可控式光纤式激光源9，准直扩束器10，第一偏振分光镜11、声光调制器12，第一反光镜13、第二反光镜14，1/2波片15，第二偏振分光镜16，1/4波片17，第一集束光调谐器18、测量对象19，第二集束光调谐器20，光电接收器21，集束光同步调谐位移控制器22；可控式光纤式激光源阵列及控制模块9出射的测量光通过准直扩束器10后形成集束光源，经偏振分光棱镜11后形成测量与参考集束光；其中参考光通过声光调制器12将参考光叠加调制光频，经第一反光镜13、第二反光镜14，后通过1/2波片15通过第二偏振分光棱镜16，到达第一集束光调谐器20；测量光通过第二偏振分光棱镜16，穿过1/4波片17变圆偏振光，进入第一集束光调谐器18，变成发散光入射被测对象19，经反射原路返回经第一集束光调谐器18及1/4波片17转变为线偏振光，经第二偏振分光棱镜16反射，最终与参考光汇聚在第二集束光调谐器20，分束后通过集束光同步调谐位移控制器22调整光电接收器21位置对应接收，最后通过干涉信号解调***获得测量结果。
上述光频调制单元采用声光调制技术，选用的调制频率为20MHz。
上述可控式光纤式激光源阵列光源为波长650nm的激光二极管，设计了4个激光光源阵列，出射光为带准直的4束平行光；
上述可控式光纤式激光源阵列光波波面尺寸为2mm，用于面积为0.04m2的平面测量；
以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种光纤式同步可调谐面振动测量***，其特征在于：由可控式光纤式激光源阵列及控制模块（1），光频调制模块（2），光学干涉模块（3），集束光同步调谐控制模块（4），干涉信号解调模块（5），控制及信息输出模块（6）组成；光纤式同步可调谐面振动测量***定义测量光方向为Z轴方向，垂直于测量光方向的平面为X、Y轴平面，以此共同组成空间直角坐标系；光频调制模块采用声光调制技术，在干涉测量的参考光频率上叠加调制光频，主要用于干涉测振时的速度方向判别；可控式光纤式激光源阵列及控制模块作为测量***的可选通光源，其组成为带耦合式准直输出的光纤阵列，其组成的光源阵列数量与测量***设计有关；使用中光纤光源阵列点的选择由使用者通过其选通控制***完成；集束光同步调谐控制单元用来选择测量光出射点阵，并具有光轴方向的机械调整功能可改变光电接收器的空间位置，实现面振动及可选择区域同步测量。
2.如权利要求1所述的一种光纤式同步可调谐面振动测量***，其特征在于：可控式光纤式激光源阵列及控制模块（1），由一组光纤激光器组成的光源阵列及光源选控电路组成，用于测量***的测量光源，其光源阵列的输出是可以通过光源选控电路任意设置选择的。
3.如权利要求1所述的一种光纤式同步可调谐面振动测量***，其特征在于：光频调制模块（2），主要包括声光调制器，声光调制驱动电源及信号发生器三个部分组成，利用布拉格光栅衍射的原理实现参考光频率调制，主要用于振动测量中速度方向的判断。
4.如权利要求1所述的一种光纤式同步可调谐面振动测量***，其特征在于：光学干涉模块（3），主要包括反射镜、集束光调谐器、偏振分光棱镜、1/4波片、1/2波片、光电接收器等必要的光学元件，共同实现光学干涉。
5.如权利要求1所述的一种光纤式同步可调谐面振动测量***，其特征在于：集束光同步调谐控制模块（4），主要包括焦距调节驱动电路及数据处理电路，用于集束光测量区域控制及电气输出调节。
6.如权利要求1所述的一种光纤式同步可调谐面振动测量***，其特征在于：干涉信号解调模块（5），主要包括数据采集的AD变换电路及同步控制电路，用于干涉信号的同步获取。
7.如权利要求1所述的一种光纤式同步可调谐面振动测量***，其特征在于：控制及信息输出模块（6）控制干涉信号解调模块实现同步采集工作，将测量面各点振动量关联耦合，获取面同步测量结果并输出。
8.如权利要求1所述的一种光纤式同步可调谐面振动测量***，其特征在于：可控式光纤式激光源（9），准直扩束器（10），第一偏振分光镜（11）、声光调制器（12），第一反光镜（13）、第二反光镜（14），1/2波片（15），第二偏振分光镜（16），1/4波片（17），第一集束光调谐器（18）、测量对象（19），第二集束光调谐器（20），光电接收器（21），集束光同步调谐位移控制器（22）；可控式光纤式激光源阵列及控制模块（9）出射的测量光通过准直扩束器（10）后形成集束光源，经偏振分光棱镜（11）后形成测量与参考集束光；其中参考光通过声光调制器（12）将参考光叠加调制光频，经第一反光镜（13）、第二反光镜（14），后通过1/2波片（15）通过第二偏振分光棱镜（16），到达第一集束光调谐器（20）；测量光通过第二偏振分光棱镜（16），穿过1/4波片（17）变圆偏振光，进入第一集束光调谐器（18），变成发散光入射被测对象（19），经反射原路返回经第一集束光调谐器（18）及1/4波片（17）转变为线偏振光，经第二偏振分光棱镜（16）反射，最终与参考光汇聚在第二集束光调谐器（20），分束后通过集束光同步调谐位移控制器（22）调整光电接收器（21）位置对应接收，最后通过干涉信号解调***获得测量结果。
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