PL207478B1

PL207478B1 - Sposób pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów oraz urządzenie do pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów

Info

Publication number: PL207478B1
Application number: PL379889A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Abramski; Paweł Kaczmarek; Adam Wąż
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2006-06-07
Publication date: 2010-12-31
Also published as: PL379889A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów oraz urządzenie do pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów, w szczególności do analizy wibracji w trzech osiach punktu drgającej płaszczyzny, zwłaszcza budowli, turbin, silników, urządzeń AGD, pojazdów jak również do badania membran głośników.

Z polskiego opisu zgł oszenia patentowego nr 351843, znane jest urzą dzenie do pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów oraz sposób pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów. Urządzenie wyposażone jest w koherentne źródło światła, z którego wiązka światła jest kierowana do sprzęgacza kierunkowego. W sprzęgaczu kierunkowym wiązka światła koherentnego jest rozdzielana na dwie wiązki: wiązkę pomiarową i wiązkę odniesienia. Ze sprzęgacza kierunkowego wiązka pomiarowa, poprzez kolimator kierowana jest na badany obiekt. Wiązka pomiarowa jako światło rozproszone na obiekcie zbierana jest przez kolimator i poprzez optyczny izolator wejściowy, wzmacniacz światłowodowy i optyczny izolator wyjściowy, jest kierowana do drugiego sprzę gacza. Zastosowanie izolatorów optycznych zapobiega wzbudzaniu się wzmacniacza światłowodowego. Do drugiego sprzęgacza doprowadzana ze sprzęgacza kierunkowego jest wiązka pomiarowa. Natomiast ze sprzęgacza wiązka światła jest kierowana do fotodetektora. Z fotodetektora sygnał elektryczny kieruje się do układu pomiarowego. Sposób ten polega na tym, że ze źródła światła emituje się koherentną wiązkę światła, którą w sprzęgaczu kierunkowym dzieli się ją na dwie wiązki: wiązkę pomiarową i wiązkę odniesienia. Wiązkę pomiarową przez kolimator kieruje się na badany obiekt. Wiązkę pomiarową rozproszoną i odbitą od badanego obiektu przez kolimator kieruje się do wzmacniacza ś wiatł owodowego, wzmacnia się i w drugim sprzęgaczu łączy z wiązką odniesienia. Otrzymany sygnał optyczny w fotodetektorze poddaje się detekcji, po czym w układzie pomiarowym, wyznacza się amplitudę i częstotliwość drgań badanego obiektu.

Znane ze stosowania urządzenia do pomiaru parametrów drgań w trzech osiach wyposażone są w trzy wibrometry wykorzystujące źródła światła pracujące w zakresie widzialnym, każdy z nich ustawiony pod innym kątem do drgającej płaszczyzny rozpraszającej światło. Część rozproszonego promieniowania laserowego, przesunięta w częstotliwości w wyniku efektu Dopplera powraca do wibrometrów, gdzie interferuje z wiązką odniesienia. Na podstawie znajomości kątów padania wiązek laserowych z trzech wibrometrów względem drgającego obiektu oraz wartości parametrów zdetekowanych i zdemodulowanych sygnałów można wyznaczyć trzy składowe prędkości drgań obiektu.

Istota sposobu, według wynalazku polega na tym, że z użyciem trzech laserów generuje się trzy koherentne wiązki światła laserowego, każdą o innej długości światła, po czym wiązki łączy się w pierwszym sprzęgaczu, a w drugim sprzęgaczu połączone wiązki dzieli się na dwie wiązki: wiązkę pomiarową i wiązkę odniesienia. Po czym wiązkę pomiarową kieruje się na badany obiekt a światło rozproszone na badanym obiekcie w trzecim sprzęgaczu łączy się z wiązką odniesienia i podaje się detekcji w trzech fotodetektorach. Sygnał elektryczny wzmacnia się we wzmacniaczach i demoduluje w demodulatorach, przy czym amplituda sygnału po demodulacji jest proporcjonalna do wartości prędkości drgań obiektu, następnie na podstawie zdemodulowanych sygnałów wyznacza się widmo drgań dla poszczególnych osi, wartości składowych prędkości drgań punktu w trzech osiach oraz wartości składowych przemieszczenia i przyspieszenia w trzech osiach.

Korzystnie w modulatorze moduluje się wiązkę pomiarową lub wiązkę odniesienia.

Istota urządzenia według wynalazku, polega na tym, że trzy koherentne wiązki światła z trzech źródeł światła są kierowane poprzez pierwszy sprzęgacz, który korzystnie jest multiplekserem do jednego światłowodu połączonego z drugim sprzęgaczem, z którego wiązka pomiarowa jest kierowana poprzez modulator i pierwszy kolimator na badany obiekt i jednocześnie wiązka odniesienia jest kierowana do trzeciego sprzęgacza. Do trzeciego sprzęgacza doprowadzana jest poprzez drugi kolimator i układ sprzęgający, wiązka pomiarowa odbita i rozproszona na badanym obiekcie. Natomiast z trzeciego sprzęgacza wiązka światła jest kierowana poprzez demultiplekser do trzech fotodetektorów, z których sygnały elektryczne są kierowane poprzez wzmacniacz do demodulatorów.

Korzystnie wiązka pomiarowa z drugiego sprzęgacza jest kierowana światłowodami poprzez modulator do pierwszego kolimatora.

Korzystnie wiązka odniesienia z drugiego sprzęgacza jest kierowana światłowodami poprzez modulator do trzeciego sprzęgacza.

Zasadniczymi korzyściami technicznymi wynikającymi z zastosowania laserowej metody pomiaru trzech składowych wibracji według wynalazku jest liczba elementów regulacyjnych ograniczona do

PL 207 478 B1 minimum oraz mały wpływ czynników zewnętrznych na wiązkę światła prowadzoną w światłowodach. W urzą dzeniu wykorzystuje się ź ródł a ś wiatł a o bezpieczniejszym dla oka zakresie dł ugoś ci fal, a przy większej odległości pomiędzy głowicą pomiarową i wibrującym obiektem można zwiększać moc wiązki pomiarowej. Ponadto dzięki zmianie długości fali, na której pracuje urządzenie, na zakres telekomunikacyjny, jest możliwość stosowania laserowych diod półprzewodnikowych jako źródeł światła, zamiast stosowanych do tej pory laserów gazowych (głównie helowo-neonowych) jak również dostępność pozostałych elementów urządzenia, takich jak: izolatory sprzęgacze, fotodetektory zintegrowane ze światłowodem, jest znacznie większa.

Urządzenie charakteryzuje się też mniejszymi rozmiarami w porównaniu z obecnie stosowanymi oraz prostą adaptacją poprzez użycie głowicy pomiarowej, w której kąt pomiędzy wiązką padającą a obiektem nie musi być każ dorazowo mierzony.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów z modulowaną wiązką pomiarową, a fig. 2 urządzenie do pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów z modulowaną wiązką odniesienia.

P r z y k ł a d 1

Sposób pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów polega na tym, że z użyciem trzech laserów 1 generuje się trzy koherentne wiązki światła laserowego, każdą o innej długości światła, po czym wiązki łączy się w pierwszym sprzęgaczu 2, zaś w drugim sprzęgaczu 4 połączone wiązki dzieli się na dwie wiązki: wiązkę pomiarową 5 i wiązkę odniesienia 6. Po czym wiązkę pomiarową 5 moduluje się w modulatorze 7 i kieruje się na badany obiekt 9, a światło rozproszone na badanym obiekcie 9 w trzecim sprzęgaczu łączy się z wiązką odniesienia z wiązką pomiarową odbitą i rozproszoną na badanym obiekcie oraz podaje się detekcji w trzech fotodetektorach 14. Sygnał elektryczny z fotodetektorów 14 wzmacnia się we wzmacniaczu 15 i demoduluje w demodulatorach 16, przy czym amplituda sygnałów po demodulacji jest proporcjonalna do wartości prędkości drgań obiektu, następnie na podstawie zdemodulowanych sygnałów wyznacza się widmo drgań dla poszczególnych osi, wartości składowych prędkości drgań punktu w trzech osiach oraz wartości składowych przemieszczenia i przyspieszenia w trzech osiach.

P r z y k ł a d 2

Sposób pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów przebiega jak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że w modulatorze 7 moduluje się wiązkę odniesienia 6.

P r z y k ł a d 3

Urządzenie do pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów ma trzy źródła światła 1, z których trzy koherentne wiązki światła są kierowane poprzez pierwszy sprzęgacz, który jest multiplekserem 2 do jednego światłowodu 3 połączonego z drugim sprzęgaczem 4. Wiązka pomiarowa 5 z drugiego sprzęgacza 4 jest kierowana poprzez modulator 7 i pierwszy kolimator 8 na badany obiekt 9 i jednocześnie z drugiego sprzęgacza 4 wiązka odniesienia 6 jest kierowana do trzeciego sprzęgacza 12. Do trzeciego sprzęgacza 12 doprowadzana jest poprzez drugi kolimator 10 i układ sprzęgający 11, wiązka pomiarowa odbita i rozproszona na badanym obiekcie 9. Natomiast z trzeciego sprzęgacza 12 wiązka światła jest kierowana poprzez demultiplekser 13 do trzech fotodetektorów 14, z których sygnały elektryczne są kierowane poprzez wzmacniacz 15 do demodulatorów 16.

P r z y k ł a d 4

Urządzenie do pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów wykonane jak w przykładzie trzecim z tą różnicą, że wiązka pomiarowa 5 z drugiego sprzęgacza 4 jest kierowana do pierwszego kolimatora 8, natomiast wiązka odniesienia 6 z drugiego sprzęgacza 4 jest kierowana światłowodami poprzez modulator 7 do trzeciego sprzęgacza 12.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów, w którym ze źródła światła emituje się wiązkę światła, którą w sprzęgaczu kierunkowym dzieli się ją na dwie wiązki; wiązkę pomiarową i wiązkę odniesienia, przy czym wiązkę pomiarową kieruje się na badany obiekt a rozproszoną i odbitą wiązkę od badanego obiektu pomiarową w drugim sprzęgaczu łączy z wiązką odniesienia, otrzymany sygnał optyczny poddaje się detekcji, znamienny tym, że z użyciem trzech laserów (1) generuje się trzy koherentne wiązki światła laserowego, każdą o innej długości światła, które łączy się w pierwszym sprzęgaczu (2), a w drugim sprzęgaczu (4) połączone wiązki dzieli się na dwie wiązki: wiązkę pomia4

PL 207 478 B1 rową (5) i wiązkę odniesienia (6), po czym wiązkę pomiarową (5) kieruje się na badany obiekt (9) a światło rozproszone na badanym obiekcie (9) w trzecim sprzęgaczu (12) łączy się z wiązką odniesienia (6) i podaje się detekcji w trzech fotodetektorach (14), zaś sygnały elektryczne z fotodetektorów (14) wzmacnia się we wzmacniaczu (15) i demoduluje w demodulatorach (16), przy czym amplituda sygnału po demodulacji jest proporcjonalna do wartości prędkości drgań obiektu, następnie na podstawie zdemodulowanych sygnałów wyznacza się widmo drgań dla poszczególnych osi, wartości składowych prędkości drgań punktu w trzech osiach oraz wartości składowych przemieszczenia i przyspieszenia w trzech osiach.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wiązkę pomiarową (5) moduluje się w modulatorze (7).
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wiązkę odniesienia (6) moduluje się w modulatotze (7).
4. Urządzenie do pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów, wyposażone w laser, z którego wiązka światła koherentnego jest kierowana do sprzęgacza, przy czym ze sprzęgacza wiązka pomiarowa jest kierowana poprzez pierwszy kolimator na badany obiekt, zaś wiązka pomiarowa odbita i rozproszona na badanym obiekcie zbierana jest przez trzy kolimatory, znamienne tym, że trzy koherentne wiązki światła z trzech źródeł (1) są kierowane do pierwszego sprzęgacza (2) połączonego światłowodem (3) z drugim sprzęgaczem (4), z którego wiązka pomiarowa (5) poprzez pierwszy kolimator (8) na badany obiekt (9), i jednocześnie wiązka odniesienia (6) jest kierowana do trzeciego sprzęgacza (12), przy czym do trzeciego sprzęgacza (12) doprowadzana jest poprzez trzy kolimatory (10) i układ sprzęgający (11), wiązka pomiarowa odbita i rozproszona na badanym obiekcie (9), natomiast z trzeciego sprzęgacza (12) wiązka światła jest kierowana poprzez demultiplekser (13) do trzech fotodetektorów (14), z których sygnały elektryczne są kierowane poprzez wzmacniacz (15) do demodulatorów (16).
5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że wiązka pomiarowa (5) z drugiego sprzęgacza (4) jest kierowana światłowodami poprzez modulator (7) do pierwszego kolimatora (8).
6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że wiązka odniesienia (6) z drugiego sprzęgacza (4) jest kierowana światłowodami poprzez modulator (7) do trzeciego sprzęgacza (12).
7. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że pierwszy sprzęgacz (2) jest multiplekserem.