CN103196541A - 基于激光的物体振动频谱测量系统 - Google Patents
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Abstract
本系统是一种运用激光三角测振技术对振动物体进行频谱测量的装置。该测量方式属于远距离非接触测量，具有精度高，抗干扰能力强，稳定性好的特点。该装置主要由信号采集，信号处理，频谱分析三部分组成。信号采集用稳定的可调焦的激光发生器产生一束激光并照射在待测的振动物体上，再用两个光电池传感器互成45°角接收反射回来的携带物体振动信息的激光，并进行光电转换。信号处理部分用AD620精密仪表放大器、NE5532运放和Cortex-M4单片机分别对转换后的电信号进行差分放大、滤波放大和AD采样并存储。频谱分析用Cortex-M4单片机对采样后的信号进行FFT，得到频域信号，将频域分布数据以图形的形式用显示器显示出来。使用者便可方便的看到被测物体的振动信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种运用激光三角振动技术对振动的物体进行频谱测量的装置，另外该装置还能存储和还原物体的振动信息。
背景技术
振动特性的测量和分析是鉴别和确定机器、元部件工作可靠性的重要手段；常用的测振技术是接触式测量；在被测物体上安装加速度传感器，利用加速度传感器的电荷输出信号实现加速度–速度–位移的相关测量；如果测量质量较小物体的振动，附加的加速度传感器的质量往往会影响被测物体的振动，从而产生测量误差；设计和开发新型的非接触式、高精度、实时性的测振技术一直是工程科学和技术领域中的重要课题和任务，并且将物体振动信息在时域和频域分别进行分析有助于更准确地了解物体内部结构；通过测物体的振动声波来检测成为非接触测量手段之一，但是该方法用在嘈杂环境中时易受外界环境的干扰。
发明内容
为了克服接触式测振技术中的因传感器随物体一起振动带来的测量误差或非接触测振技术中测声波法的易受环境干扰的问题，本发明提供一种装置，该装置采用激光三角测振技术，属于远距离非接触测量，该技术有抗干扰力强，稳定性好的优点，另外该装置还可以将物体振动信息以数据的形式进行存储，必要时可将振动信息还原出来。
本发明解决问题采用的技术方案是：该系统主要由信号采集，信号处理，频谱分析三部分组成。信号采集由高稳定的可调焦的激光发生器产生一束激光并照射在待测的振动物体上，再用两节光电池传感器互成45度角接收反射回来的这束携带物体振动信息的激光信号，并进行光电转换。信号处理电路由AD620精密仪表放大器、NE5532运放和Cortex-M4单片机分别对转换后的电信号进行差分放大、滤波放大和AD采样并存储，其中，差分放大可以抑制共模信号，避免噪声；滤波放大中，采用有源滤波器来实现，频带范围根据被测物体固有频率而确定，例如测汽车发动机振动则选择10HZ到10MHZ的范围；单片机进行AD采样的频率则根据情况而定，单片机带有SD卡可对采样的信号进行存储，必要时可将信号读出进行还原。频谱分析由Cortex-M4单片机对采样后的信号进行FFT运算，并得到频域信号，将频域分布数据以图形的形式通过显示器显示出来，人们通过观察频域分布图可以判断物体的振动频率，进而分析该物体内部结构。
本发明的有益效果是可以远距离非接触地、准确地探测到物体振动信息，该装置抗干扰力强，稳定性好，对物体的振动信号可进行实时存储和读取。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明：
图1为系统结构框图；
图2和图3为激光三角测振技术原理图；
图4为信号采集部分电路图；
图5为信号处理部分电路图。
具体实施方式
图1中表示系统主要由信号采集，信号滤波放大，信号采样存储，信号变换4部分组成。
在图2和图3中，表示当被测物体产生振动时，振动使得激光在入射方向不变的情况下，入射角得到变化，通过光的反射定律、折射定律进行推导，得出反射的激光坡印廷矢量随着入射角发生改变，因此反射的激光受到物体振动的调制。
图4表示信号采集部分电路，其中，LED1与LED2分别代表光电池，其位置互成45度放置，两光电池将光信号转换成电信号。3个OPA2107构成精密仪表放大电路（等同于AD620），并将电信号进行差分放大，图中运算放大器采用均双电源供电。
图5表示信号处理部分电路，由NE5532分别构成低通滤波器、线性放大器，输出接单片机AD接口，单片机则对信号进行快速傅里叶变换，将时域信号变换到频域上，将频域数据用显示器显示出来 。
Claims (5)
1.一种基于激光的振动频谱测量系统，该系统采用激光三角测振技术，通过对物体振动进行频谱分析以达到判断物体内部结构的目的。
2.其特征有主要有：采用近红外激光，两个光电池成45°角差分接收信号，用SD卡对信号进行存储，Cortex-M4单片机对信号进行频谱分析并显示。
3.根据权利要求1所述的基于激光的振动频谱测量系统，其特征是信号接收端用两个光电池成45°角，接收到的是差分信号再用精密仪表放大电路对其信号放大。
4.根据权利要求1所述的基于激光的振动频谱测量系统，其特征是用SD卡对AD转换后的信号进行存储，SD卡通过单片机来控制，SD卡的数据可通过单片机进行读取，设置相应的电路可对信号进行还原。
5.根据权利要求1所述的基于激光的振动频谱测量系统，其特征是通过Cortex-M4单片机对信号进行频谱变换，其算法为基4FFT，并将频谱波形用液晶显示屏显示出来。
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