CN103308150B - 一种全场激光测振系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全场激光测振装置，属于全场振动参数精密测量技术领域。包括测量光源，准直扩束器，第一偏振分光棱镜，声光调制器，第一反光镜、第二反光镜、第三反光镜，1/2波片，第二偏振分光棱镜，1/4波片，第一分域光组镜，测量对象，分光镜，第二分域光组镜，调谐光切镜，光电接收器，分域光组位移调制器，视觉测量单元；本发明采用了光学分域和全场振动调谐测量结构，使测量系统紧凑方便，易于操作与控制，实现全场振动精准测量与评价，具有较好的应用推广价值。

Description

一种全场激光测振系统

技术领域

本发明涉及一种全场激光测振系统，属于全场振动参数精密测量技术领域。

背景技术

全场振动参数测量在复杂系统力学参数测量中具有十分重要的意义。目前复杂系统的全场振动参数测量采用两种方式：一种是以多探头、多点同步测量方式解决，每一个测量点选用一台激光测振仪来完成，这样势必造成测量成本极为高昂，另外在小尺寸多点测量时采用多台激光测振仪测量时会出现布局困难，无法满足测量密度的要求，同时多台激光测振仪的测量同步问题也是难点之一；另一种采用扫描式激光测振方式，但由于测量的各点是分时测量，测量点关联性以及相位信息无法准确反映出来，在复杂振动测量时无法满足测量需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术在实施多点同步测量时成本较高，及同步信息准确获取困难的问题，提供一种全场激光测振系统。本装置具有较高适应性和同步测量准确度，即使在形貌复杂的情况下也能够实现同步精确测量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种全场激光测振系统，测量装置由光频调制模块1，干涉测量主体模块2，分域光组控制模块3，干涉信号解调模块4，控制及信息输出模块5，视觉测量模块6组成；

测量装置采用外差干涉的原理，在参考光或测量光频率上利用声光调制的方法叠加调制光频，主要用于测振时的速度方向判别。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。

测量光经过准直扩束后进入干涉测量主体模块，分光成参考光和测量光，参考光（或测量光）利用光频调制模块实现测量中光频调制，其中测量光经分域光组镜形成测量全场光波入射被测对象，返回与参考光干涉后，再次经分域光组镜入射调谐光切镜，根据测量选择区域可选择测量全场振动量。根据视觉测量模块测量结果确定空间测量点位置，利用分域光组控制模块来选择干涉光输出的空间位置，分域光组位移调制器调节光电接收器的对应空间位置，实现全场振动的同步及任意设置区域测量，其中光电信号转换有利用干涉信号解调模块完成，控制及信息输出模块完成系统测量控制及数据输出；

光频调制模块，主要包括声光调制晶体，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测量光频率调制，主要用于振动测量中速度方向的判断。

干涉测量模块，主要包括反射镜、分域光组镜、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，用于振动测量的光学干涉实现。

分域光组控制模块，主要包括位移驱动电路及数据处理电路，用于分光的控制及电气输出。

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实现测量装置的协调控制，测量信号的获取及全场振动量关联耦合计算与测量结果输出；

配有辅助的视觉测量模块，有利于复杂形貌全场振动测量的选点与测量，该模块具有与控制及信息输出模块通讯功能，能够实现全场任意点自动位置伺服控制与测量。

本发明的一种全场激光测振系统，包括测量光源，准直扩束器，第一偏振分光棱镜，声光调制器，第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜，1/2波片，第二偏振分光棱镜，1/4波片，第一分域光组镜，测量对象，分光镜，第二分域光组镜，调谐光切镜，光电接收器，分域光组位移调制器，视觉测量装置；

测量光源出射光通过准直扩束器后形成测量光源；光束经第一偏振分光棱镜后形成测量光与参考光；参考光通过声光调制器将参考光叠加调制光频，用于鉴别测量点的速度方向；参考光经第一反射镜、第二反射镜与分光镜后与测量光干涉；测量光经第三反射镜通过1/2波片旋转偏振方向，通过第二偏振分光棱镜，穿过1/4波片变圆偏振光后到达第一分域光组镜，变成发散光出射到测量对象，经反射后返回第一分域光组镜，穿过1/4波片变回线偏振光经第二偏振分光棱镜反射，通过反射镜与参考光汇合；汇合光束经第二分域光组镜及调谐光切镜后分束检偏干涉，通过分域光组位移调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模块获得测量结果，测量点的选择依据视觉测量装置来完成，测量时视觉测量模块将测量对象视频显示在屏幕上，使用者在屏幕上设定测量点，通过控制系统计算控制分域光组镜实现选定点测量。

有益效果

1、本发明一种全场激光测振系统，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。采用激光同步可调谐全场振动测量原理克服了多台激光测振仪同步工作的小区域无法布点和同步协调的难题。解决全场振动扫描测量时的相位延迟及全场任意点选择测量的问题，提高了当前的全场振动测量结果的准确度和适应性。

2、本发明一种全场激光测振系统，该测量装置选用单束光分域光组的方式，有效地解决了测量同步和多点测量的问题，降低了测量成本。

附图说明

图1为本发明中一种全场激光测振系统的工作原理图；

图2为本发明的结构示意图。

其中1－光频调制模块，2－干涉测量主体模块，3－分域光组控制模块，4－干涉信号解调模块，5－控制及信息输出模块，6－视觉测量模块，7－测量对象，8－测量装置。9－测量光源，10－准直扩束器，11－第一偏振分光棱镜，12－声光调制器，13－第一反射镜、14－第二反射镜、15－第三反射镜，16－1/2波片，17－第二偏振分光棱镜，18－1/4波片，19－第一分域光组镜，20－测量对象，21－分光镜，22－第二分域光组镜，23－调谐光切镜，24－光电接收器，25－分域光组位移调制器，26－视觉测量装置；

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

一种全场激光测振系统，测量装置由光频调制模块1，干涉测量主体模块2，分域光组控制模块3，干涉信号解调模块4，控制及信息输出模块5，视觉测量模块6组成；

测量装置采用外差干涉的原理，在参考光或测量光频率上利用声光调制的方法叠加调制光频，主要用于测振时的速度方向判别。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。

测量光经过准直扩束后进入干涉测量主体模块2，分光成参考光和测量光，参考光（或测量光）利用光频调制模块实现测量中光频调制，其中测量光经分域光组镜形成测量全场光波入射被测对象，返回与参考光干涉后，再次经分域光组镜入射调谐光切镜，根据测量选择区域可选择测量全场振动量。根据视觉测量模块测量结果确定空间测量点位置，利用分域光组控制模块3来选择干涉光输出的空间位置，分域光组位移调制器调节光电接收器的对应空间位置，实现全场振动的同步及任意设置区域测量，其中光电信号转换有利用干涉信号解调模块4完成，控制及信息输出模块5完成系统测量控制及数据输出；

光频调制模块1，主要包括声光调制晶体，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测量光频率调制，主要用于振动测量中速度方向的判断。

干涉测量模块2，主要包括反射镜、分域光组镜、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，用于振动测量的光学干涉实现。

分域光组控制模块3，主要包括位移驱动电路及数据处理电路，用于分光的控制及电气输出。

干涉信号解调模块4，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5实现测量装置的协调控制，测量信号的获取及全场振动量关联耦合计算与测量结果输出；

配有辅助的视觉测量模块6，有利于复杂形貌全场振动测量的选点与测量，该模块具有与控制及信息输出模块通讯功能，能够实现全场任意点自动位置伺服控制与测量。

本发明的一种全场激光测振系统，包括测量光源9，准直扩束器10，第一偏振分光棱镜11，声光调制器12，第一反射镜13、第二反射镜14、第三反射镜15，1/2波片16，第二偏振分光棱镜17，1/4波片18，第一分域光组镜19，测量对象20，分光镜21，第二分域光组镜22，调谐光切镜23，光电接收器24，分域光组位移调制器25，视觉测量装置26；

测量光源9出射光通过准直扩束器10后形成测量光源；光束经第一偏振分光棱镜11后形成测量光与参考光；参考光通过声光调制器12将参考光叠加调制光频，用于鉴别测量点的速度方向；参考光经第一反射镜13、第二反射镜14与分光镜21后与测量光干涉；测量光经第三反射镜15通过1/2波片16旋转偏振方向，通过第二偏振分光棱镜17，穿过1/4波片18变圆偏振光后到达第一分域光组镜19，变成发散光出射到测量对象20，经反射后返回第一分域光组镜19，穿过1/4波片18变回线偏振光经第二偏振分光棱镜17反射，通过反射镜21与参考光汇合；汇合光束经第二分域光组镜22及调谐光切镜23后分束检偏干涉，通过分域光组位移调制器25调整光电接收器24位置对应接收，最后通过干涉信号解调模块获得测量结果，测量点的选择依据视觉测量装置26来完成，测量时视觉测量模块将测量对象视频显示在屏幕上，使用者在屏幕上设定测量点，通过控制系统计算控制分域光组镜实现选定点测量。

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 (7)

1.一种全场激光测振系统，其特征在于：测量装置由光频调制模块(1)，干涉测量主体模块(2)，分域光组控制模块(3)，干涉信号解调模块(4)，控制及信息输出模块(5)，视觉测量模块(6)组成；测量装置采用外差干涉的原理，在参考光或测量光频率上利用声光调制的方法叠加调制光频，主要用于测振时的速度方向判别；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；测量光经过准直扩束后进入干涉测量主体模块(2)，分光成参考光和测量光，参考光或测量光利用光频调制模块(1)实现测量中光频调制，其中测量光经分域光组镜形成测量全场光波入射被测对象，返回与参考光干涉后，再次经分域光组镜入射调谐光切镜，根据测量选择区域选择测量全场振动量；根据视觉测量模块(6)测量结果确定空间测量点位置，利用分域光组控制模块(3)来选择干涉光输出的空间位置，分域光组位移调制器调节光电接收器的对应空间位置，实现全场振动的同步及任意设置区域测量，其中光电信号转换利用干涉信号解调模块(4)完成，控制及信息输出模块(5)完成系统测量控制及数据输出。

2.如权利要求1所述的一种全场激光测振系统，其特征在于：光频调制模块(1)主要包括声光调制晶体，驱动电源及信号发生器三个部分，利用布拉格光栅衍射的原理实现测量光频率调制，主要用于振动测量中速度方向的判断。

3.如权利要求1所述的一种全场激光测振系统，其特征在于：干涉测量主体模块主要包括反射镜、分域光组镜、偏振分光棱镜、1/4波片、1/2波片、光电接收器，用于振动测量的光学干涉实现。

4.如权利要求1所述的一种全场激光测振系统，其特征在于：分域光组控制模块(3)主要包括位移驱动电路及数据处理电路，用于分光的控制及电气输出。

5.如权利要求1所述的一种全场激光测振系统，其特征在于：干涉信号解调模块(4)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。

6.如权利要求1所述的一种全场激光测振系统，其特征在于：控制及信息输出模块(5)实现测量装置的协调控制，测量信号的获取及全场振动量关联耦合计算与测量结果输出。

7.如权利要求1所述的一种全场激光测振系统，其特征在于：配有辅助的视觉测量模块(6)，有利于复杂形貌全场振动测量的选点与测量，该模块具有与控制及信息输出模块(5)通讯功能，能够实现全场任意点自动位置伺服控制与测量。