CN107024179A - 一种非接触式远程光纤位移测量装置及其测量方法 - Google Patents

一种非接触式远程光纤位移测量装置及其测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107024179A
CN107024179A CN201710199891.1A CN201710199891A CN107024179A CN 107024179 A CN107024179 A CN 107024179A CN 201710199891 A CN201710199891 A CN 201710199891A CN 107024179 A CN107024179 A CN 107024179A
Authority
CN
China
Prior art keywords
camera lens
optical cable
transmitting
laser
speculum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710199891.1A
Other languages
English (en)
Inventor
耿开胜
陆海东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JIANGSU ANGDE PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
JIANGSU ANGDE PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JIANGSU ANGDE PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical JIANGSU ANGDE PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201710199891.1A priority Critical patent/CN107024179A/zh
Publication of CN107024179A publication Critical patent/CN107024179A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

本发明提供了一种非接触式远程光纤位移测量装置机器测量方法，包括光电解调模块、发射光缆、接收光缆以及传感镜头，传感镜头包括平行设置的发射镜头、接收镜头以及面向镜头的反射镜，发射光缆和接收光缆分别与发射镜头和接收镜头对应连接，反射镜将发射镜头发出的光线反射到目标物表面后，散射光经反射镜反射回到接收镜头中。本发明通过传感镜头中各镜面之间以及与目标面之间的位置设置，以及各镜头与发射光缆、接收光缆和光电解调模块的连接，采用光缆进行光信号的传输，将获取的光纤相位变化量采用隔离法进行有效扣除，避免了光学元件表面反射对信号光的影响，仅对光纤中镜头和目标面之间的相位变化进行计算以获得位移变化量，既实现了避免光路中杂物遮挡的效果，又实现了低损耗长距离传输和抗电磁干扰的效果，得出的位移信息可靠度高。

Description

一种非接触式远程光纤位移测量装置及其测量方法
技术领域
本发明涉及一种位移测量装置，具体涉及一种光纤位移测量装置。
背景技术
当前，在短程位移和距离测量中，较多采用的是微波、电磁波雷达、激光测距等方法。这些方法测量于无形，但其精度较差，且测量准确度不够。尤其是在液位方面的测量，其发射和接收装置几何尺寸较大，在一些空间狭小的地方不易使用。
液位测量中普遍采用电容、电感式测量仪器及测量方法，这些方法的测量准确度与环境耐受性存在诸多问题，主要体现在以下几方面：(1)电信号传输中，随处存在的干扰无法滤除干净，导致测量信号不够纯净，从而使解调出的数据可靠度不高；(2)信号在恶劣环境下极易失真，使得测量结果偏差过大；(3)现有位移测量设备的信号不易远距离传输。这些问题使得液位等测量方面始终无法准确可靠的测量。
然而，随着科研与生产的需求，亦有基于光学方法测量位移的传感系统出现，但由于其传感与解调为一体，解调过程中亦容易受到环境振动和电磁干扰对解调电路的影响，使得解调的位移信息可靠度不高。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的问题，提出了一种非接触式远程光纤位移测量装置及其测量方法，既能够解决传感与解调一体的缺憾，又解决了光学元件表面反射对传感系统信号的影响。
技术方案：本发明提供了一种非接触式远程光纤位移测量装置，包括由相连接的激光发射电路、信号解调电路和信号处理单元组成的光电解调模块、与激光发射电路相连的发射光缆、与信号处理单元依次相连的接收光缆以及传感镜头；
所述传感镜头包括平行设置的发射镜头、接收镜头以及面向镜头的反射镜，发射光缆和接收光缆分别与发射镜头和接收镜头对应连接，所述反射镜将发射镜头发出的光线反射到目标物表面后，散射光经反射镜反射回到接收镜头中。
进一步，所述反射镜的设置角度与发射镜头的发射光呈30～60°，经反射镜反射的光线照射到目标物表面，反射镜可将发射的激光和接收的光信号传输方向进行旋转，可解决安装方向单一的问题。
进一步，所述接收光缆为芯径不小于400μm的传能光缆，用于将接收镜头接收的光信号传输至光电解调模块，解决了系统由于纤芯小耦合信号过度衰减致使灵敏度不够的问题。
一种非接触式远程光纤位移测量装置的测量方法，包括以下步骤：
(1)激光发射电路点燃激光器，激光器发出的激光经过发射光缆传输至发射镜头；
(2)发射镜头发射的激光照射到反射镜上，反射镜将光线反射到目标物表面，目标物表面散射的光通过反射镜聚集到接收镜头后通过接收光缆回到信号解调电路；
(3)信号解调电路将接收到的信号光进行光电转换及放大处理，信号处理单元一方面采用正弦波调制的矩形脉冲驱动激光发射电路，通过激光发射电路控制激光器的亮灭，一方面采用相位隔离法扣除调制波在光纤中的相位变化量，仅计算调制波在传感镜头至目标物表面之间来回的相位变化量，从而隔离光纤中调制波的相位变化量，计算出传感镜头至被测面间的位移信息。
有益效果：本发明通过传感镜头中各镜面之间以及与目标面之间的位置设置，以及各镜头与发射光缆、接收光缆和光电解调模块的连接，采用光缆进行光信号的传输，将获取的光纤相位变化量采用隔离法进行有效扣除，避免了光学元件表面反射对信号光的影响，仅对光纤中镜头和目标面之间的相位变化进行计算以获得位移变化量，既实现了避免光路中杂物遮挡的效果，又实现了低损耗长距离传输和抗电磁干扰的效果，得出的位移信息可靠度高。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为传感镜头与光路的立体结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种非接触式远程光纤位移测量装置，如图1所示，包括光电解调模块4、发射光缆2、接收光缆3、传感镜头1。
光电解调模块4包括顺序连接的激光发射电路8、信号解调电路9和信号处理单元10，其中，激光发射电路8与发射光缆2连接，信号处理单元10连接接收光缆3。接收光缆为芯径不小于400μm的大芯径传能光缆。
如图2所示，传感镜头1包括发射镜头5、接收镜头6和反射镜7，其中发射镜头5和接受镜头水平设置且相互平行，反射镜7位于发射镜头5和接收镜头6的右端，反射镜7的设置角度与发射镜头5发出的水平光线呈45°。发射光缆2和接收光缆3分别与发射镜头5和接收镜头6对应连接，反射镜7将发射镜头5发出的光线反射到目标物表面后，而目标物散射的光线能够经反射镜7回到接收镜头6中，接收镜头6将目标表面散射的光聚集到接收光缆3里。
上述非接触式远程光纤位移测量装置的测量方法，具体操作如下：
(1)激光发射电路8点燃激光器，激光器发出的激光经过发射光缆2传输至发射镜头5；
(2)发射镜头5发射的激光照射到反射镜7上，反射镜7将光线反射到目标物表面(如图2中实线箭头所示)，目标物表面散射的光通过反射镜7反射(如图2中虚线箭头所示)，被接收镜头6会聚至接收光缆3中，传输到信号解调电路9；
(3)信号解调电路9将接收到的信号光进行光电转换及放大处理；由于激光器发射的光经光纤传输，再由发射镜头5发射，最终达到目标面然后相同过程返回到探测部件，整个过程中调制的激光信号的相位变化包含光纤中的与镜头至目标面间的，另外还有镜片中产生的相位变化，若要测量镜头至目标面间的位移，则需要将其余的相位变化量去除；信号处理单元10利用STM32系列和DDS、双级运放器件等外围辅助电子器件控制激光的发射和处理采集的电信号的相位，一方面采用正弦波调制的矩形脉冲驱动激光发射电路，控制激光发射电路8实现激光器的亮灭，另一方面采用相位隔离算法扣除调制波在光纤中的相位变化量，仅计算调制波在传感镜头1至目标面之间来回的相位变化量，从而隔离光纤中调制波的相位变化量，进而计算出传感镜头1至目标面间的位移信息。
应用上述测量方法在对油罐的油位测量中，通过20m光缆传输并配合浮标的使用，2m高的油罐，当油位从0变化到2m的过程中，其测量精度始终保持在±1mm，分辨力0.1mm；当在油罐与传输光缆周围增加电磁干扰时，其精度没有任何改变；目标面以5m/s的速度移动时，测量精度仅发生0.5mm的偏差。

Claims (4)

1.一种非接触式远程光纤位移测量装置，其特征在于：包括由相连接的激光发射电路、信号解调电路和信号处理单元组成的光电解调模块、与激光发射电路相连的发射光缆、与信号处理单元依次相连的接收光缆以及传感镜头；
所述传感镜头包括平行设置的发射镜头、接收镜头以及面向镜头的反射镜，发射光缆和接收光缆分别与发射镜头和接收镜头对应连接，所述反射镜将发射镜头发出的光线反射到目标物表面后，散射光经反射镜反射回到接收镜头中。
2.根据权利要求1所述的非接触式远程光纤位移测量装置，其特征在于：所述反射镜的设置角度与发射镜头的发射光呈30～60°。
3.根据权利要求1所述的非接触式远程光纤位移测量装置，其特征在于：所述接收光缆为芯径不小于400μm的传能光缆。
4.根据权利要求1所述的非接触式远程光纤位移测量装置的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)激光发射电路点燃激光器，激光器发出的激光经过发射光缆传输至发射镜头；
(2)发射镜头发射的激光照射到反射镜上，反射镜将光线反射到目标物表面，目标物表面散射的光通过反射镜聚集到接收镜头后通过接收光缆回到信号解调电路；
(3)信号解调电路将接收到的信号光进行光电转换及放大处理，信号处理单元一方面采用正弦波调制的矩形脉冲驱动激光发射电路，通过激光发射电路控制激光器的亮灭，一方面采用相位隔离法扣除调制波在光纤中的相位变化量，仅计算调制波在传感镜头至目标物表面之间来回的相位变化量，从而隔离光纤中调制波的相位变化量，计算出传感镜头至被测面间的位移信息。
CN201710199891.1A 2017-03-30 2017-03-30 一种非接触式远程光纤位移测量装置及其测量方法 Pending CN107024179A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710199891.1A CN107024179A (zh) 2017-03-30 2017-03-30 一种非接触式远程光纤位移测量装置及其测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710199891.1A CN107024179A (zh) 2017-03-30 2017-03-30 一种非接触式远程光纤位移测量装置及其测量方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107024179A true CN107024179A (zh) 2017-08-08

Family

ID=59526404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710199891.1A Pending CN107024179A (zh) 2017-03-30 2017-03-30 一种非接触式远程光纤位移测量装置及其测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107024179A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108180839A (zh) * 2017-12-28 2018-06-19 浙江华安激光科技有限公司 一种用于狭小空间检测的位移传感器和检测装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1991407A (zh) * 2005-10-28 2007-07-04 夏普株式会社 光学式测距装置
CN101263402A (zh) * 2005-09-26 2008-09-10 香港应用科技研究院有限公司 具有调制光探测器的光接收机
CN102656423A (zh) * 2009-10-05 2012-09-05 罗伯特·博世有限公司 具有校准装置的光学距离测量设备
CN106017613A (zh) * 2016-05-13 2016-10-12 江苏昂德光电科技有限公司 一种光纤激光液位传感系统
CN106248175A (zh) * 2016-10-09 2016-12-21 深圳市迈测科技股份有限公司 激光光纤液位测量仪及测量方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101263402A (zh) * 2005-09-26 2008-09-10 香港应用科技研究院有限公司 具有调制光探测器的光接收机
CN1991407A (zh) * 2005-10-28 2007-07-04 夏普株式会社 光学式测距装置
CN102656423A (zh) * 2009-10-05 2012-09-05 罗伯特·博世有限公司 具有校准装置的光学距离测量设备
CN106017613A (zh) * 2016-05-13 2016-10-12 江苏昂德光电科技有限公司 一种光纤激光液位传感系统
CN106248175A (zh) * 2016-10-09 2016-12-21 深圳市迈测科技股份有限公司 激光光纤液位测量仪及测量方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108180839A (zh) * 2017-12-28 2018-06-19 浙江华安激光科技有限公司 一种用于狭小空间检测的位移传感器和检测装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105425245B (zh) 一种基于相干探测的远距离高重频激光三维扫描装置
CN206400103U (zh) 基于光通信的360度扫描的激光雷达
CN101832760B (zh) 一种远距离三维微小形变视觉在线监测方法和系统
CN104808208B (zh) 一种基于激光声源探测水下目标方位及尺寸的测量系统及其测量方法
CN104297642B (zh) 一种光纤局部放电检测系统
CN205374743U (zh) 一种光学正交解调的相干零差多普勒测速激光雷达系统
CN102798377B (zh) 平面误差测量分析系统及方法
CN205091463U (zh) 一种激光雷达扫描探测装置
CN107045129A (zh) 基于激光微多普勒效应跟踪识别低小慢目标的激光雷达系统
CN108387907A (zh) 闪光式激光雷达回波信号物理图像模拟系统和方法
CN103197307A (zh) 一种高精度测距验证系统及方法
CN102680960B (zh) 一种高精度测距验证系统及方法
CN108957471A (zh) 基于调频连续波激光测距的三维测量系统
CN207215126U (zh) 一种基于机器视觉的激光光斑定位仪
CN103299157A (zh) 激光测距装置
CN107024179A (zh) 一种非接触式远程光纤位移测量装置及其测量方法
CN203719631U (zh) 发动机气缸位移测量装置
CN204086537U (zh) 一种光开关实现内外光路补偿的光纤式无源激光测距装置
CN104811244A (zh) 基于激光章动的空间光到单模光纤的耦合系统
CN101793659A (zh) 一种分布式光纤盐密传感器及传感方法
CN107817501A (zh) 一种可变扫描频率的点云数据处理方法
CN203658667U (zh) 一种基于锁相环的液态镜头对焦系统
CN106017613A (zh) 一种光纤激光液位传感系统
CN113156448A (zh) 高精度的融合算法光学传感器
CN113364545A (zh) 卫星激光通信终端跟踪精度的地面测试装置及测试方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Geng Kaisheng

Inventor after: Lu Haidong

Inventor after: Liu Deguang

Inventor after: Qian Yifei

Inventor before: Geng Kaisheng

Inventor before: Lu Haidong

CB03 Change of inventor or designer information
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170808

RJ01 Rejection of invention patent application after publication