CN118191737B - 一种基于音叉共振来测量空气局部扰动位置的监测系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于音叉共振来测量空气局部扰动位置的监测系统，包括多个监测单元，所述监测单元包括激光器、高反镜、感光屏幕以及高速CCD，所述高反镜设置有三个，其中激光器最先射入的高反镜上具有音叉，随后依次反射到剩余的高反镜上，并照射到感光屏幕上，高速CCD设置在感光屏幕一侧对激光位置进行追踪，本发明能更灵敏的监测空气中震动源的震动信号，可以定量判断震源位置，包括方向和距离，响应频率范围更广。

Description

一种基于音叉共振来测量空气局部扰动位置的监测系统
技术领域
本发明涉及震动监测技术领域，尤其是涉及一种基于音叉共振来测量空气局部扰动位置的监测系统。
背景技术
目前环境噪声监测的手段主要有声级计、频谱分析仪、多声道分析仪等，直接测量噪声的物理参数，如声压级、频率、时域特性等。这些实地监测的设备可以反映出噪声的真实情况，但也存在一些局限性，如受环境条件的影响、需要大量的人力物力、难以覆盖广泛的区域等，同时监测的设备无法得知噪声的具体位置和方位。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的监测设备具有局限性，无法得知噪声的具体位置和方位的缺陷，提供一种基于音叉共振来测量空气局部扰动位置的监测系统。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种基于音叉共振来测量空气局部扰动位置的监测系统，包括多个监测单元，所述监测单元包括激光器、高反镜、感光屏幕以及高速CCD，所述高反镜设置有三个，其中激光器最先射入的高反镜上具有音叉，随后依次反射到剩余的高反镜上，并照射到感光屏幕上，高速CCD设置在感光屏幕一侧对激光位置进行追踪。
进一步，带有音叉的高反镜与激光器射出的激光之间的夹角为45°，且三个高反镜之间相互平行。
通过采用上述技术方案，45°的设置加上三个高反镜的平行可以实现多次的反射
进一步，所述激光器与带有音叉的高反镜之间设置有光学镜片引出两条光路，共具有三条光路，且每条光路上均设置有高反镜、感光屏幕以及高速CCD和音叉，三条光路上不同的音叉分别延X、Y、Z轴布置。
通过采用上述技术方案，根据三个轴音叉的振动幅度进行矢量求和得到振幅矢量，以此确定震源的方向。
进一步，多个所述监测单元位于连接基岩的地基上。
通过采用上述技术方案，防止地表其他杂乱震动对监测地壳震动的干扰。
进一步，每个所述监测单元上的三个音叉共振频率相同，不同监测单元上的音叉共振频率不相同。
通过采用上述技术方案，多频的震动敏感单元，这样就构成一套震动采集监测系统，测量的频率范围更加精准。
进一步，每个所述监测单元底部设置有弹簧。
通过采用上述技术方案，隔绝地壳振动干扰测量。
综上所述，本发明具有以下有益技术效果：
更灵敏的监测空气中震动源的震动信号，可以定量判断震源位置，包括方向和距离，响应频率范围更广。
附图说明
图1是本发明一种基于音叉共振来测量空气局部扰动位置的监测系统实施例的整体示意图；
图2是本发明一种基于音叉共振来测量空气局部扰动位置的监测系统实施例的监测点和震源示意图。
附图标记说明：
1、激光器；2、带有音叉的高反镜；3、前高反镜；4、后高反镜；5、感光屏幕；6、高速CCD。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参照图1，本实施例包括多个监测单元，每个监测单元均包括激光器1、高反镜、感光屏幕5以及高速CCD6，高反镜设置有三个并相互平行设置，激光器1设置在最左侧且射出的激光与第一个高反镜之间的夹角为45°，同时最左侧的高反镜上具有音叉，射出的激光经反射随后依次反射到剩余的高反镜上，并照射到感光屏幕5上，高速CCD6设置在感光屏幕5一侧对激光位置进行追踪。
此外，激光器1与最左侧的高反镜之间还设置有光学镜片并引出两条光路，加上原有的光路共具有三条光路，且每条光路上均设置有高反镜、感光屏幕5以及高速CCD6和音叉，三条光路上不同的音叉分别延X、Y、Z轴布置。
激光器1波长选用633nm，激光器1发出激光，经过带有音叉的高反镜2反射，依次经过前高反镜3、后高反镜4，作用在于拉长光路，在实际中可以旋转两块高反镜，使入射角变小，从而使光在两块镜片上多次往返，另外增加两块镜片之间的距离，也可以达到拉长光路的效果，激光最后照射到感光屏幕5上，通过高速CCD6对光点位置进行追踪，经过上位机软件处理后就可以获得光点在感光屏幕5上的实际位移。
需要注意的是光束光斑尺寸要小，比如1mm，这样在音叉震动时，光点移动的分辨率更高，这里音叉是受迫振动，振动频率高的话，光点移动快，高速CCD6上显示一段连续的线段，无法定量测定频率，根据音叉振动幅度，只能定性分析震源频率，但是振幅是可以测量连续线段长度获得的。
在图1中，只画出了延Z轴布置的音叉，称为音叉Z1，激光器1后边插入光学镜片引光出来，在X和Y轴布置同样的干涉光路，X轴Y轴布置的音叉称为音叉X1和音叉Y1，音叉X1、音叉Y1、音叉Z1具有相同的共振频率，根据三个轴音叉的振动幅度进行矢量求和得到振幅矢量，以此确定震源的方向。
然而，因为提前是不知道空气局部扰动频率的，因此，需要制造多套不同共振频率的音叉，每套三把相同共振频率的音叉，分别置于三个轴向上；选择声波频段上1Hz到1000Hz之间梯度分布100套音叉作为震动敏感单元，这样就构成一套震动采集监测系统；整套系统需要暴露在室外，防止空间遮挡造成空间震动隔离，同时系统放置的地方也有要求，最好放在连接基岩的地基上，底部加超长弹簧进行隔振，隔绝地壳振动干扰测量。
参照图2，在两个有一定距离的地方，比如距离为AB，A点和B点各放置一套震动监测系统，这样就可以获得两组振幅矢量、、、……、和、、、……、以及一系列震源震动频率f1、f2、f3、……、fN。以图2为例，O点为震动频率f1的震源，那么OA距离与OB距离的比值就是矢量和的模之比，∠AOB就是两个矢量的夹角，两个监测系统所在地A和B之间的距离是可以测定的，根据余弦定理就可以求出OA和OB的实际距离，至此空气中震源的振动频率和振动方位以及距离两个监测系统所在地A和B的距离都计算得到了。
以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围。其中，相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于音叉共振来测量空气局部扰动位置的监测系统，其特征在于，包括多个监测单元，所述监测单元包括激光器(1)、高反镜、感光屏幕(5)以及高速CCD(6)，所述高反镜设置有三个，其中激光器(1)最先射入的高反镜上具有音叉，随后依次反射到剩余的高反镜上，并照射到感光屏幕(5)上，高速CCD(6)设置在感光屏幕(5)一侧对激光位置进行追踪。
2.根据权利要求1所述的一种基于音叉共振来测量空气局部扰动位置的监测系统，其特征在于，带有音叉的高反镜(2)与激光器(1)射出的激光之间的夹角为45°，且三个高反镜之间相互平行。
3.根据权利要求1所述的一种基于音叉共振来测量空气局部扰动位置的监测系统，其特征在于，所述激光器(1)与带有音叉的高反镜(2)之间设置有光学镜片引出两条光路，共具有三条光路，且每条光路上均设置有高反镜、感光屏幕(5)以及高速CCD(6)和音叉，三条光路上不同的音叉分别延X、Y、Z轴布置。
4.根据权利要求1所述的一种基于音叉共振来测量空气局部扰动位置的监测系统，其特征在于，多个所述监测单元位于连接基岩的地基上。
5.根据权利要求1所述的一种基于音叉共振来测量空气局部扰动位置的监测系统，其特征在于，每个所述监测单元上的三个音叉共振频率相同，不同监测单元上的音叉共振频率不相同。
6.根据权利要求1所述的一种基于音叉共振来测量空气局部扰动位置的监测系统，其特征在于，每个所述监测单元底部设置有弹簧。
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