CN116046137A - 一种基于光学干涉测量的电机振动测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光学干涉测量的电机振动测量装置和方法，包括用于发射激光束的半导体激光源,设置在所述半导体激光源的光路上的分光镜，其用于将半导体激光源发射的激光束分为测量光和参考光；设置在电机振动测量位置的反射块，其用于将反射测量光；设置在分光镜正上方的反射镜，其用于反射参考光；经反射的所述测量光和参考光产生干涉作用，形成干涉场；以及分别用于检测所述测量光、参考光和干涉场光强度的第一光电接收器、第二光电接收器和第三光电接收器。本发明通过采用非接触测量的装置对汽车驱动电机进行振动测量，通过参考光以及测量光产生干涉信号光强的变化，基于光学干涉原理求解得到电机的振动数据。
Description
技术领域
本发明涉及光学检测领域，尤其涉及到一种基于光学干涉测量的电机振动测量装置和方法。
背景技术
汽车驱动电机作为新能源汽车的核心部件之一，电机的振动不仅会对电机以及车辆整体的性能产生影响，同时还会引起各种噪声，使得汽车的乘坐舒适度下降，因此对汽车驱动电机振动的研究具有很高的价值。
振动测量作为电机振动研究的第一步具有非常重要的作用。目前常用的电机振动测量方法是通过接触式传感器进行接触测量，接触测量使用到的接触式传感器虽然具有重量轻、体积小等优点，但其由于与电机直接接触容易受到电机振动的影响导致粘连位置出现偏差甚至松动从而无法获得有效的测量数据，同时传感器专用导线也存在易受电机振动干扰等缺点，因此传统接触式传感器测量驱动电机振动可靠性不高。此外接触式传感器普遍成本较高，不适合安装到电机上做长时间的实时振动监测。
为了解决上述技术问题，申请号为201010022859.4的专利申请文件公开了一种集成式光学干涉三维振动监测仪,包括激光器,沿该激光器输出光束的前进方向依次是同光轴的第一透镜、分光棱镜、光阑和测量反射镜,所述的测量反射镜固定在待监测物体的表面上,在该分光棱镜的相干光输出面外依次是第二透镜、第三透镜和光电探测器并构成探测系统。
该专利技术方案干涉的两列波都源自于激光器发出的经过透镜之后的发散光,因此均为球面波,可以实现区分被测物体振动与测量光路振动的光学干涉的三维监测。但是，该专利技术方案是通过检测参考光和检测光的干涉条纹来监测振动，其对检测设备的精度要求较高，否则无法检测出较小的电机振动。
因此，我们有必要对这样一种结构进行改善，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于光学干涉测量的电机振动测量装置和方法，通过采用非接触测量的装置对汽车驱动电机进行振动测量，通过参考光以及测量光产生干涉信号光强的变化，基于光学干涉原理求解得到电机的振动数据。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于光学干涉测量的电机振动测量装置，包括用于发射激光束的半导体激光源,
设置在所述半导体激光源的光路上的分光镜，其用于将半导体激光源发射的激光束分为测量光和参考光；
设置在电机振动测量位置的反射块，其用于将反射测量光；
设置在分光镜正上方的反射镜，其用于反射参考光；经反射的所述测量光和参考光产生干涉作用，形成干涉场；
以及分别用于检测所述测量光、参考光和干涉场光强度的第一光电接收器、第二光电接收器和第三光电接收器。
一种基于光学干涉测量的电机振动测量方法，包括如下步骤：
1)设置半导体激光源，将反射块的底面胶结于电机振动测量点，反射块底面与电机相切于测量点，将分光镜设置在半导体激光源的光路上，并在分光镜的正上方设置反射镜；
2)调节分光镜的位置，使得半导体激光源发出的激光束经分光镜分出的测量光和参考光能分别垂直入射反射块和反射镜，且经反射块和反射镜反射的测量光和参考光能产生干涉作用，形成干涉场；
3)通过第一光电接收器、第二光电接收器和第三光电接收器分别测得测量光的光强度I0，参考光的光强度I1和干涉场的干涉强度I2；在通过第三光电接收器测得电机发生振动时干涉场的干涉强度I(t)；通过如下公式计算出该方向上电机的振幅；
其中，γ为激光束波长。
进一步的，所述电机振动测量装置设置有三组，分别设置在电机的径向、切向和轴向位置，且用于测将电机径向、切向和轴向的振动。
进一步的，所述反射块的形状为正六面体，其底面与电机振动测量点胶结牢固，除底面外其余各表面均是良好的光反射面，反射块底面相切于电机测量点，测量光垂直入射反射块且有对应的反射面垂直反射。
进一步的，所述激光束分光镜被分为相互垂直、振动方向相同的反射光以及透射光。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.通过采用非接触测量的装置对汽车驱动电机进行振动测量，通过参考光以及测量光产生干涉信号光强的变化，基于光学干涉原理求解得到电机的振动数据。
2.采用上述设备及方法测量的结果会有更高的可靠性，测量过程不易受到电机振动干扰，保证了测量结果的准确性，同时测量工具结构简单，成本较低，能满足汽车驱动电机长时间振动监测的需求。
附图说明
图1是本发明所述的基于光学干涉测量的电机振动测量装置的原理图。
图2是本发明所述的电机三向振动光学干涉测量示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1和图2所示，本发明提出的一种基于光学干涉测量的电机振动测量装置，包括用于发射激光束的半导体激光源,
设置在所述半导体激光源的光路上的分光镜，其用于将半导体激光源发射的激光束分为测量光和参考光；
设置在电机振动测量位置的反射块，其用于将反射测量光；
设置在分光镜正上方的反射镜，其用于反射参考光；经反射的所述测量光和参考光产生干涉作用，形成干涉场；
以及分别用于检测所述测量光、参考光和干涉场光强度的第一光电接收器、第二光电接收器和第三光电接收器。
一种基于光学干涉测量的电机振动测量方法，包括如下步骤：
1)设置半导体激光源，将反射块的底面胶结于电机振动测量点，反射块底面与电机相切于测量点，将分光镜设置在半导体激光源的光路上，并在分光镜的正上方设置反射镜；
2)调节分光镜的位置，使得半导体激光源发出的激光束经分光镜分出的测量光和参考光能分别垂直入射反射块和反射镜，且经反射块和反射镜反射的测量光和参考光能产生干涉作用，形成干涉场；
3)通过第一光电接收器、第二光电接收器和第三光电接收器分别测得测量光的光强度I0，参考光的光强度I1和干涉场的干涉强度I2；在通过第三光电接收器测得电机发生振动时干涉场的干涉强度I(t)；通过如下公式计算出该方向上电机的振幅；
其中，γ为激光束波长。
实施例1
本发明实施例一种基于光学干涉测量技术的汽车驱动电机振动测量方法，包括以下步骤：
步骤一：将反射块的底面胶结于电机振动测量位置，反射块底面与电机相切于测量点，以半导体激光源发出激光束经分光镜分出的测量光垂直入射反射块对应反射面。
步骤二：在半导体激光源与反射块之间放置一块分光镜，通过调整分光镜，保证将半导体激光束分为相互垂直、振动方向相同的参考光以及测量光；目的是为了使参考光跟测量光满足光的干涉条件。同时保证反射回的参考光以及测量光交汇于空间同一点；交汇于同一点的目的是保证了测量光与参考光光程差只取决于电机在该方向上的振动幅度。
步骤三：在分光镜正上方放置一块反射镜，将参考光反射，与反射回的测量光交汇于一点产生干涉作用，形成干涉场。
步骤四：在测量电机振动之前使用光电接收器1、光电接收器2、光电接收器3分别接收由分光镜产生的测量光跟参考光以及两者干涉光在电机未发生振动时的光强分别为I0，I1和I2，在电机发生振动后测得干涉光在时刻t的光强为I(t)；由此可以计算电机在时刻测量方向上的振幅为：
其中：γ为半导体激光波长。
此步骤的原理是满足光的干涉条件的两束光发生干涉后的光强取决于两束光的光程差，而在此测量光路中，两束光的光程差变化取决于电机在该方向上振动幅值，因此可以通过计算得到电机在该测量方向上的振动幅值。
步骤五：在反射块两两垂直的三个方向各自设置一组测量光路，三组测量光路构成一套汽车驱动电机三向振动测量系统。三组测量光路可以单独得到想要的方向振动信息，也可以通过处理得到电机的总振动信息。
对比传统接触式传感器测量汽车驱动电机振动，采用上述设备及方法测量的结果会有更高的可靠性，测量过程不易受到电机振动干扰，保证了测量结果的准确性，同时测量工具结构简单，成本较低，能满足汽车驱动电机长时间振动监测的需求。
在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (5)
1.一种基于光学干涉测量的电机振动测量装置，其特征在于，包括用于发射激光束的半导体激光源,
设置在所述半导体激光源的光路上的分光镜，其用于将半导体激光源发射的激光束分为测量光和参考光；
设置在电机振动测量位置的反射块，其用于将反射测量光；
设置在分光镜正上方的反射镜，其用于反射参考光；经反射的所述测量光和参考光产生干涉作用，形成干涉场；
以及分别用于检测所述测量光、参考光和干涉场光强度的第一光电接收器、第二光电接收器和第三光电接收器。
2.一种基于光学干涉测量的电机振动测量方法，其特征在于，具有如权利要求1所述的电机振动测量装置，包括如下步骤：
1)设置半导体激光源，将反射块的底面胶结于电机振动测量点，反射块底面与电机相切于测量点，将分光镜设置在半导体激光源的光路上，并在分光镜的正上方设置反射镜；
2)调节分光镜的位置，使得半导体激光源发出的激光束经分光镜分出的测量光和参考光能分别垂直入射反射块和反射镜，且经反射块和反射镜反射的测量光和参考光能产生干涉作用，形成干涉场；
3)通过第一光电接收器、第二光电接收器和第三光电接收器分别测得测量光的光强度I0，参考光的光强度I1和干涉场的干涉强度I2；在通过第三光电接收器测得电机发生振动时干涉场的干涉强度I(t)；通过如下公式计算出该方向上电机的振幅；
其中，γ为激光束波长。
3.根据权利要求1所述的基于光学干涉测量的汽车驱动电机振动测量方法，其特征在于，所述电机振动测量装置设置有三组，分别设置在电机的径向、切向和轴向位置，且用于测将电机径向、切向和轴向的振动。
4.根据权利要求1所述的基于光学干涉测量的汽车驱动电机振动测量方法，其特征在于，所述反射块的形状为正六面体，其底面与电机振动测量点胶结牢固，除底面外其余各表面均是良好的光反射面，反射块底面相切于电机测量点，测量光垂直入射反射块且有对应的反射面垂直反射。
5.根据权利要求1所述的基于光学干涉测量的汽车驱动电机振动测量方法，其特征在于，所述激光束分光镜被分为相互垂直、振动方向相同的反射光以及透射光。
Priority Applications (1)
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| CN116046137A true CN116046137A (zh) | 2023-05-02 |
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2022
- 2022-11-28 CN CN202211500134.0A patent/CN116046137A/zh active Pending
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