CN104596634A - 一种振动频率测量方法 - Google Patents

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唐明
周娅玲
王超东
吴昊
胡子荷
曹锋
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Abstract

本发明属于振动监测技术领域，公开了一种振动频率测量方法，包括以下步骤：在待检测振动源上铺设传感光纤链路；向所述传感光纤链路中发送周期性的光脉冲信号；获取沿所述传感光纤链路返回的光功率信号；将所述光功率信号转化成随时间变化的光强信号；对所述随时间变化的光强信号进行傅里叶变换获取各个反射点的频域图谱。本发明利用偏振效应，通过光学反射技术记录振动信号的变化，并通过转化计算获取振动频率，在保证测量稳定性的同时，大大提升了信噪比；另一方面，频带宽，振幅动态范围大，畸变小，灵敏度高。

Description

一种振动频率测量方法
技术领域
本发明涉及振动监测技术领域，特别涉及一种振动频率测量方法。
背景技术
机械设备工作中产生的振动对其正常工作会产生一定的影响，例如大型精密机械装置、精密发动机等的振动会影响其工作精度严重时可能造成设备的损坏、安全事故等。随着科技的进步和社会的发展，振动频率的检测应用广泛于现实生活，例如，电子血压仪通过设置振动频率检测装置从而量计血压，大型机械上安装振动检测装置，检测机械工作过程中振动频率，可防止共振对机器精度的损害等。因此对设备的振动频率的测量在一定的领域是十分必要的。
目前常使用的振动测量装置采用的是测量线圈在磁场中运动而产生的电动势大小来判断振动的结构，由于磁场本身的不均匀分布很难消除，因此都存在着测量振动的频带不够宽、振幅的动态范围小、畸变大，特别是在测量微弱振动信号时灵敏度较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种扩大振动测量频带和振幅动态范围，降低畸变，提升灵敏度的频率测量方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种振动频率测量方法，包括以下步骤：
在待检测振动源上铺设传感光纤链路；
向所述传感光纤链路中发送周期性的光脉冲信号；
获取沿所述传感光纤链路返回的光功率信号；
将所述光功率信号转化成随时间变化的光强信号；
对所述随时间变化的光强信号进行傅里叶变换获取各个反射点的频域图谱；
其中，所述传感光纤链路包括多条传感光纤，铺设在待检测振动源上，将所述待检测振动源各部分的振动信息转换为所述多条传感光纤的形变；
以同一反射点的连续多个周期的的光强信号，表征振动随时间的变化情况，获取振动频率信息；
以多个反射点的连续多个周期的的光强信号，表征不同位置的振动随时间的变化情况，获取一定范围内的振动频率信息。
进一步地，所述传感光纤链路采用偏振光时域反射光纤链路。
进一步地，基于偏振光时域反射链路采用菲涅尔反射光纤链路或者fiber mirror传感链路。
进一步地，所述周期性光脉冲信号在所述传感光纤中激发瑞利散射效应和菲涅尔反射效应；沿所述传感光纤链路返回的光功率信号包括：背向瑞利散射光功率信号和菲涅尔反射光功率信号。
本发明提供的振动频率测量方法通过光学反射技术转化记录振动信号的变化，并通过信号转换计算获取振动源的局部或者全部范围的振动频率；从而扩大振动测量频带和振幅动态范围，降低畸变，提升灵敏度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一个周期内不同反射点的反射波形光强信号图；
图2为本发明实施例提供的多个周期信号波形示意图；
图3为本发明实施例提供的单个反射点的信号随时间变化的波形示意图。
具体实施方式
参见图1～3，本发明实施例提供的一种振动频率测量方法，通过直接接触振动源，将振动形式转换成光传导介质的形态变化，从而实现振动信息的捕捉；进一步通过光信息的传递解析实现频率测量；本实施例包括以下步骤：
在待检测振动源上铺设传感光纤链路，直接接触振动源捕捉振动形式信息，传递给光纤链路的末端传感光纤，将待检测振动源各部分的振动信息转换为多条传感光纤的形变，实现振动形态的信息向传感光纤的形变形式信息的传递和转换；直接高效的捕捉，传递和转换，提升信息捕捉的灵敏度，大大提升了频率检测的精度；
向传感光纤链路中发送周期性的光脉冲信号，激发瑞利散射效应，光纤输入端发送周期性的光脉冲功率信号Pin(t)，光脉冲信号沿光纤方向进入传感光纤，其中产生的背向瑞利散射光经光纤返回入射端，经过检偏器后得到随时间变化的背向瑞利散射光功率信号Pout(t)，而背向瑞利散射光会保持散射点的偏振态不变，所以从测得的Pout(t)的变化可感知光纤中，有振动导致的形变造成的偏振态的变化，从而将振动信息转换成光信号的属性变化，并实现传递解析，确保了信号的高保真，高效传递和高精度解析；
获取沿传感光纤链路返回的背向瑞利散射光功率信号，将各个反射点，即传感光纤返回的光信号收集起来，获取振动源的各个部位的振动信息，从而完成整个振动源的振动监测；
采用光探测形式的装置或者传感器等，将背向瑞利散射光功率信号转化成随时间变化的光强信号，汇总同一反射点的连续多个周期的的光强信号，表征振动随时间的变化情况，获取振动频率信息；汇总多个反射点的连续多个周期的的光强信号，表征不同位置的振动随时间的变化情况，获取一定范围内的振动频率信息；
通过如数据采集卡采集光探测器的信号，实现数据化转换存储，并进行运算，对随时间变化的光强信号进行傅里叶变换获取各个反射点的频域图谱，从而获取完整的振动源振动频率图谱。
为了提升信息采集的可靠性，优选的，周期性光脉冲信号在传感光纤中不仅激发瑞利散射效应，还激发菲涅尔反射效应；因此，沿传感光纤链路返回的光功率信号包括：背向瑞利散射光功率信号和菲涅尔反射光功率信号；以菲涅尔反射光产生的光强变化为主，获取振动频率信息。
基于光纤偏振效应的振动频率测量方法，较转换振动测量思路，较现有技术，灵敏度更高，测量结果更精确，可有效提高信噪比，避免信号光与光源的卷积问题和相干噪声问题，同时本方法受装置影响相对较小，从而测量振动的频带宽，振幅的动态范围大，畸变小。
传统的点式测量系统仅仅可以测量传感头放置点的振动频率，无法了解整个被测目标每一点的振动情况，只能多次测量得到多个点的情况来预估整体情况。本实施例为分布式实时监测，可严密监控被测区域每一点的振动频率情况而不需要多次测量。
传感光纤链路采用偏振光时域反射链路，菲涅尔反射点结构或者fibermirror结构，从而满足各种环境需求。
本发明提供的振动频率测量方法利用偏振效应，通过光学反射技术转化记录振动信号的变化，并通过信号转换计算获取振动源的局部或者全部范围的振动频率；从而扩大振动测量频带和振幅动态范围，降低畸变，提升灵敏度。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种振动频率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
在待检测振动源上铺设传感光纤链路；
向所述传感光纤链路中发送周期性的光脉冲信号；
获取沿所述传感光纤链路返回的光功率信号；
将所述光功率信号转化成随时间变化的光强信号；
对所述随时间变化的光强信号进行傅里叶变换获取各个反射点的频域图谱；
其中，所述传感光纤链路包括多条传感光纤，铺设在待检测振动源上，将所述待检测振动源各部分的振动信息转换为所述多条传感光纤的形变；
以同一反射点的连续多个周期的的光强信号，表征振动随时间的变化情况，获取振动频率信息；
以多个反射点的连续多个周期的的光强信号，表征不同位置的振动随时间的变化，获取一定范围内的振动频率信息。
2.如权利要求1所述的振动频率测量方法，其特征在于：所述传感光纤链路采用偏振光时域反射光纤链路。
3.如权利要求2所述的振动频率测量方法，其特征在于：基于偏振光时域反射链路，采用菲涅尔反射光纤链路或者fiber mirror传感链路。
4.如权利要求1所述的振动频率测量方法，其特征在于：所述周期性光脉冲信号在所述传感光纤中激发瑞利散射效应和菲涅尔反射效应；沿所述传感光纤链路返回的光功率信号包括：背向瑞利散射光功率信号和菲涅尔反射光功率信号。
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