CN102155986A - 一种用于激光测振仪的光频式计量测试装置 - Google Patents

一种用于激光测振仪的光频式计量测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于激光测振仪的光频式计量测试装置，属于激光测振仪计量技术领域。由一个或者一个以上的光频调制器、信号发生装置、光学组件、精密姿态调整机构、控制系统及数据采集系统组成，其中光学组件负责光频调制的必要的分光、准直和汇聚。本发明采用光频调制的方法建立激光测振仪的等效测量工作环境，模拟的速度信号范围宽，能满足激光测振仪稳态特性校准的计量要求，解决了目前激光测振仪高速测量模式无法计量的问题；适用于多种激光测振仪的实验室计量校准，实现对激光测振仪的关键技术指标如：灵敏度、幅值线性度、测量限等的标定、验证，保证了激光测振仪测量数据的准确性。

Description

一种用于激光测振仪的光频式计量测试装置
技术领域
本发明涉及一种用于激光测振仪的光频式计量测试装置，属于激光测振仪计量技术领域。
背景技术
激光测振技术是目前振动计量测试领域最重要、应用最广泛的测量方法，它具有非接触测量、精度高、测点小、动态响应快和判别速度方向等优点，能够满足苛刻试验要求及恶劣环境下的振动参数测量要求，在航空、航天、兵器、船舶、机械等众多领域的研发工作中有着重要的应用价值。激光测振仪通常利用激光多普勒效应广泛应用于固体表面的振动及冲击的场合，以提取其位移、速度、加速度的测量信息。
在激光测振仪的计量工作中通常采用标准振动台和冲击实验台将激光测振仪进行比对以达到计量特性验证的目的。然而随着激光测振的要求不断提高，通常要求测量速度达到1m/s到30m/s，由于其测量速度较高，采用传统的物理方式实现其技术指标有困难，严重影响计量工作进行。针对目前激光测振仪的计量要求，本发明采用光频调制技术，通过调制的激光测振仪测量信号频率，模拟激光测振仪的测量振动环境以实现激光测振仪稳态特性校准。
发明内容
本发明的目的是为了解决激光测振仪在高速测量范围无法计量验证的问题，提出了一种用于激光测振仪的光频式计量测试装置。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种用于激光测振仪的光频式计量测试装置，其外围设备为待测的激光测振仪，由光频调制器、信号发生装置、光学组件、精密姿态调整机构、控制系统及数据采集系统组成；
光学组件负责光频调制的必要的分光、准直和汇聚，包括测量光束适配器、分光镜、平面反射镜1、平面反射镜2、平面反射镜3和角度调节器；
激光测振仪发出的激光光线经过测量光束适配器和分光镜后进入光频调制器，光频调制器实现激光测振仪的测量光的频率调制，光频调制器的出射光经平面反射镜1、平面反射镜2和平面反射镜3后回到分光镜，之后沿原路经测量光束适配器返回激光测振仪；平面反射镜2上安装有角度调节器，用于调整光线的角度；
光频调制器固定安装在精密姿态调整机构上，由精密姿态调整机构中的旋转角度伺服系统来调整光频调制器的姿态，以实现光频调制器输入和输出光路的适应性调整；
激光测振仪测量返回光线的频率并将其转化为电压信号，将电压信号送入数据采集系统，控制系统控制数据采集系统工作并读取数据采集系统采集到的电压信号；控制系统控制信号发生装置产生满足调整光频频率的调制信号，由信号发生装置将调制信号送入光频调制器用以完成对输入光频信号的频率调制；控制系统控制精密姿态调整机构来实现对光频调制器的姿态调整，从而实现对激光测振仪的计量测试校准；
上述信号发生装置由信号发生器及功率放大器组成，信号发生器作为光频信号源负责发出调制光频信号，功率放大器将调制光频信号进行放大并送入光频调制器；
上述控制系统根据测量需要来控制信号发生装置发出的光频调制信号和精密姿态调整机构的运动，并将获取的数据采集系统的电压信号转换为速度信号，并和控制系统设定的标准模拟速度信号进行比较处理；
上述光频调制器为声光调制器或者电光调制器，利用声光介质和压电换能器或者电光调制器来实现激光测振仪的测量光的频率调制；
本发明的一种用于激光测振仪的光频式计量测试装置，也可以包含一个以上的光频调制器及与其配套应用的信号发生装置、光学组件、精密姿态调整机构，每一个光频调制器的工作方式均相同。
有益效果
本发明采用光频调制的方法建立激光测振仪的等效测量工作环境，模拟的速度信号范围宽，能满足激光测振仪稳态特性校准的计量要求，解决了目前激光测振仪高速测量模式无法计量的问题；适用于多种激光测振仪的实验室计量校准，实现对激光测振仪的关键技术指标如：灵敏度、幅值线性度、测量限等的标定、验证，保证了激光测振仪测量数据的准确性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中，1为激光测振仪；2为测量光束适配器；3为分光镜；4光频调制器；5精密姿态调整结构；6，7、9为平面反射镜；8为角度调节器；10为数据采集系统；11为控制系统；12为信号发生装置。
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
一种用于激光测振仪的光频式计量测试装置，如图1所示，其外围设备为待测的激光测振仪，由光频调制器、信号发生装置、光学组件、精密姿态调整机构、控制系统及数据采集系统组成；
光学组件负责光频调制的必要的分光、准直和汇聚，包括测量光束适配器、分光镜、平面反射镜1、平面反射镜2、平面反射镜3和角度调节器；
激光测振仪发出的激光光线经过测量光束适配器和分光镜后进入光频调制器，光频调制器实现激光测振仪的测量光的频率调制，光频调制器的出射光经平面反射镜1、平面反射镜2和平面反射镜3后回到分光镜，之后沿原路经测量光束适配器返回激光测振仪；平面反射镜2上安装有角度调节器，用于调整光线的角度；
光频调制器固定安装在精密姿态调整机构上，由精密姿态调整机构中的旋转角度伺服系统来调整光频调制器的姿态，以实现光频调制器输入和输出光路的适应性调整；
激光测振仪测量返回光线的频率并将其转化为电压信号，将电压信号送入数据采集系统，控制系统控制数据采集系统工作并读取数据采集系统采集到的电压信号；控制系统控制信号发生装置产生满足调整光频频率的调制信号，由信号发生装置将调制信号送入光频调制器用以完成对输入光频信号的频率调制；控制系统控制精密姿态调整机构来实现对光频调制器的姿态调整，从而实现对激光测振仪的计量测试校准；
上述信号发生装置由信号发生器及功率放大器组成，信号发生器作为光频信号源负责发出调制光频信号，功率放大器将调制光频信号进行放大并送入光频调制器；
上述控制系统根据测量需要来控制信号发生装置发出的光频调制信号和精密姿态调整机构的运动，并将获取的数据采集系统的电压信号转换为速度信号，并和控制系统设定的标准模拟速度信号进行比较处理；
上述光频调制器为电光调制器。
根据多普勒原理，激光测振仪在实际测量中，由于测量对象速度变化会导致其测量光光频变化，激光测振仪正是通过解算这一光频变化量来测量出测量对象的速度的。因此本发明中采用调制激光测振仪测量光光的频率方法，使其光频的变化等同相应的测量速度表现，通过信号发生装置的频率调节可以对干涉仪测量光光频进行有序调制，能够模拟多种激光测振仪测量环境；
本实施例中，控制系统协调信号发生装置及精密姿态调整机构的执行单元，完成光频调制及测量的必要控制，采用信号发生装置和声光调制器实现激光测振仪的测量光调制，模拟激光测振仪真实的测量光学环境；通过数据采集系统完成对激光测振仪测量结果采集，并和控制系统设定的标准模拟速度信号进行比较，完成对激光测振仪的计量测试校准。
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 (4)

1.一种用于激光测振仪的光频式计量测试装置，其外围设备为待测的激光测振仪，其特征在于：
由光频调制器、信号发生装置、光学组件、精密姿态调整机构、控制系统及数据采集系统组成；
光学组件负责光频调制的必要的分光、准直和汇聚，包括测量光束适配器、分光镜、平面反射镜1、平面反射镜2、平面反射镜3和角度调节器；
激光测振仪发出的激光光线经过测量光束适配器和分光镜后进入光频调制器，光频调制器实现激光测振仪的测量光的频率调制，光频调制器的出射光经平面反射镜1、平面反射镜2和平面反射镜3后回到分光镜，之后沿原路经测量光束适配器返回激光测振仪；平面反射镜2上安装有角度调节器，用于调整光线的角度；
光频调制器固定安装在精密姿态调整机构上，由精密姿态调整机构中的旋转角度伺服系统来调整光频调制器的姿态并进一步对光频调制器输入和输出光路进行适应性调整；
激光测振仪测量返回光线的频率并将其转化为电压信号，将电压信号送入数据采集系统，控制系统控制数据采集系统工作并读取数据采集系统采集到的电压信号；控制系统控制信号发生装置产生满足调整光频频率的调制信号，由信号发生装置将调制信号送入光频调制器用以完成对输入光频信号的频率调制；控制系统控制精密姿态调整机构来实现对光频调制器的姿态调整；
上述信号发生装置由信号发生器及功率放大器组成，信号发生器作为光频信号源负责发出调制光频信号，功率放大器将调制光频信号进行放大并送入光频调制器；
上述控制系统根据测量需要来控制信号发生装置发出的光频调制信号和精密姿态调整机构的运动，并将获取的数据采集系统的电压信号转换为速度信号，并和控制系统设定的标准模拟速度信号进行比较处理。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光测振仪的光频式计量测试装置，其特征在于：所述光频调制器为声光调制器，利用声光介质和压电换能器来实现激光测振仪的测量光的频率调制。
3.根据权利要求1所述的一种用于激光测振仪的光频式计量测试装置，其特征在于：所述光频调制器为电光调制器，利用电光调制器来实现激光测振仪的测量光的频率调制。
4.根据权利要求1、权利要求2或者权利要求3所述的一种用于激光测振仪的光频式计量测试装置，其特征在于：包含一个以上的光频调制器及与其配套应用的信号发生装置、光学组件、精密姿态调整机构，每一个光频调制器的工作方式均相同。
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