PL207481B1 - Sposób pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów oraz urządzenie do pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów - Google Patents

Description

Opis wynalazku

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

Z polskiego opisu zgłoszenia patentowego nr 351843, znane jest urządzenie 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.

Znany sposób laserowego pomiaru drgań jednocześnie w wielu punktach, polega na tym, że wibracje w wybranych punktach drgającej płaszczyzny są analizowane przez kilka niezależnych wibrometrów wykorzystujących światło widzialne. Nie jednoczesny pomiar drgań możliwy jest za pomocą wibrometru skanującego, który zawiera skaner wiązki laserowej, umożliwiający zmianę analizowanego punktu. Pomiar dokonywany jest sekwencyjnie, to znaczy w danym punkcie analizuje się drgania, zmienia się położenie punktu, przeprowadza się analizę i procedurę powtarza się dla wszystkich punktów pomiarowych.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że z co najmniej dwóch źródeł światła emituje się co najmniej dwie koherentne wiązki światła, które w pierwszym sprzęgaczu dzieli się ją na co najmniej dwie wiązki pomiarowe i co najmniej dwie wiązki odniesienia. Wiązkami pomiarowymi przez co najmniej dwa kolimatory oświetla się badany obiekt drgający, a światło rozproszone i odbite od obiektu drgającego zbiera się co najmniej dwoma kolimatorami. Po czym w multiplekserze światłowodowym światło rozproszone i odbite łączy się i filtruje oraz w drugim sprzęgaczu łączy się z wiązkami odniesienia. Przed połączeniem z wiązką światła rozproszonego i odbitego, zmienia się częstotliwość wiązek odniesienia, następnie tak uzyskany sygnał optyczny wzmacnia się we wzmacniaczu światłowodowym, dzieli się na co najmniej dwie wiązki wyjściowe i każdą z nich poddaje się detekcji w układzie fotodetektorów. Co najmniej dwa sygnały elektryczne z układu fotodetektorów poddaje się demodulacji, rejestruje oraz wyznacza się amplitudę proporcjonalną do prędkości drgań badanego obiektu i częstotliwość drgań badanego obiektu proporcjonalną do częstotliwości sygnału.

Istota urządzenia według wynalazku polega na tym, że wiązka światła z co najmniej dwóch źródeł światła jest kierowana światłowodami do co najmniej dwóch pierwszych sprzęgaczy, z których wiązki pomiarowe światłowodami są kierowane do układu co najmniej dwóch kolimatorów oświetlających drgający obiekt. Światło rozproszone na drgającym obiekcie zbierane przez układ co najmniej dwóch kolimatorów jest kierowane światłowodami poprzez multiplekser światłowodowy do pierwszego wejścia drugiego sprzęgacza. Do drugiego wejścia drugiego sprzęgacza doprowadzone są światłowodem wiązki odniesienia z co najmniej dwóch pierwszych sprzęgaczy poprzez układ sprzęgający i modulator akustooptyczny. Natomiast z wyjścia drugiego sprzęgacza światłowodem kierowane są wiązki światła poprzez wzmacniacz światłowodowy i demultiplekser światłowodowy do układu co najmniej dwóch fotodetektorów, z których sygnały elektryczne są przesyłane do układu rejestrująco-pomiarowego.

Korzystnie urządzenie, na każde źródło światła w postaci lasera ma jeden sprzęgacz i parę kolimatorów nadawczy i odbiorczy.

Korzystnym jest również to, że układ sprzęgający jest multiplekserem.

PL 207 481 B1

Zasadniczą korzyścią techniczną wynikającą ze stosowania urządzenia według wynalazku, do wielopunktowej analizy drgań według wynalazku jest możliwy jednoczesny pomiar parametrów wibracji w wielu punktach jednocześnie, a przez to również możliwe jest wyznaczenie zależności fazowych pomiędzy drgającymi punktami, dodanie kolejnego punktu pomiarowego odbywa się poprzez dodanie kolejnego źródła światła, zastosowane długości fal świetlnych są nie tylko bezpieczne dla oka, ale również umożliwiają użycie jako źródeł światła koherentnego tanich i dostępnych laserowych diod półprzewodnikowych zamiast stosowanych do tej pory laserów gazowych (głównie helowoneonowych) jak również zwiększa dostępność pozostałych elementów urządzenia (izolatory, sprzęgacze, fotodetektory zintegrowane ze światłowodem).

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, który przedstawia schemat blokowy urządzenia do pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów.

Sposób pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów polega na tym, że z trzech laserowych źródeł światła 1 emituje się trzy koherentne wiązki światła, które w pierwszym sprzęgaczu 2 dzieli się na trzy wiązki pomiarowe 3 i trzy wiązki odniesienia 4. Wiązkami pomiarowymi 3 przez trzy kolimatory 5 nadawcze oświetla się badany obiekt drgający 6, a światło rozproszone i odbite od obiektu drgającego 6 zbiera się trzema kolimatorami 5 odbiorczymi. Po czym w multiplekserze światłowodowym 7 światło rozproszone i odbite łączy się i filtruje oraz w drugim sprzęgaczu 10 łączy się z wiązkami odniesienia 4, przy czym przed połączeniem z wiązką światła rozproszonego i odbitego, zmienia się częstotliwość wiązek odniesienia 4. Następnie uzyskany sygnał optyczny wzmacnia się we wzmacniaczu światłowodowym 11, dzieli się na trzy wiązki wyjściowe i każdą z nich poddaje się detekcji w układzie trzech fotodetektorów 13, zaś trzy sygnały elektryczne poddaje się demodulacji, rejestruje oraz wyznacza się amplitudę proporcjonalną do prędkości drgań badanego obiektu i częstotliwość drgań badanego obiektu proporcjonalną do częstotliwości sygnału.

Urządzenie do pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów wyposażone w trzy laserowe źródła światła 1, z których trzy wiązki światła są kierowane trzema światłowodami do trzech pierwszych sprzęgaczy 2, z których wiązki pomiarowe 3 światłowodami są kierowane do układu kolimatorów 5 nadawczych oświetlających drgający obiekt 6. Światło rozproszone na drgającym obiekcie 6, zbierane przez układ trzech kolimatorów 5 odbiorczych jest kierowane światłowodami poprzez multiplekser światłowodowy 7, do pierwszego wejścia drugiego sprzęgacza 10, przy czym do drugiego wejścia drugiego sprzęgacza 10 doprowadzone są światłowodem trzy wiązki odniesienia 4, z trzech sprzęgaczy kierunkowych 2 poprzez układ sprzęgający 8 w postaci multipleksera, i modulator akustooptyczny 9. Natomiast z wyjścia drugiego sprzęgacza 10 światłowodem kierowane są wiązki światła poprzez wzmacniacz światłowodowy 11 i demultiplekser światłowodowy 12 do układu trzech fotodetektorów 13, z których trzy sygnały elektryczne są przesyłane do układu rejestrująco-pomiarowego 14. Urządzenie to na każdy laser 1 ma jeden sprzęgacz 2 i dwa kolimatory 5.

Claims (4)

1. Sposób pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów, w którym ze źródła światła emituje się koherentną wiązkę światła, którą w sprzęgaczu dzieli się ją na dwie wiązki: wiązkę pomiarową i wiązkę odniesienia, przy czym wiązką pomiarową przez kolimator oświetla się badany obiekt, po czym światło rozproszone i odbite od badanego obiektu odbiera się kolimatorem, znamienny tym, że z co najmniej dwóch źródeł światła (1) emituje się co najmniej dwie koherentne wiązki światła, które w pierwszym sprzęgaczu (2) dzieli się na co najmniej dwie wiązki pomiarowe (3) i co najmniej dwie wiązki odniesienia (4), przy czym wiązkami pomiarowymi (3) przez co najmniej dwa kolimatory (5) oświetla się badany obiekt drgający (6), a światło rozproszone i odbite od obiektu drgającego (6) zbiera się co najmniej dwoma kolimatorami (5), po czym w multiplekserze światłowodowym (7) światło rozproszone i odbite łączy się i filtruje oraz w drugim sprzęgaczu (10) łączy się z wiązkami odniesienia (4), przy czym przed połączeniem z wiązką światła rozproszonego i odbitego, zmienia się częstotliwość wiązek odniesienia (4), następnie tak uzyskany sygnał optyczny wzmacnia się we wzmacniaczu światłowodowym (11), dzieli się na co najmniej dwie wiązki wyjściowe i każdą z nich poddaje się detekcji w układzie fotodetektorów (13), zaś sygnały elektryczne poddaje się demodulacji, rejestruje oraz wyznacza się amplitudę proporcjonalną do prędkości drgań badanego obiektu i częstotliwość drgań badanego obiektu proporcjonalną do częstotliwości sygnału.

PL 207 481 B1

2. Urządzenie do pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów, wyposażone w źródło światła, z którego wiązka światła jest kierowana do sprzęgacza, natomiast ze sprzęgacza poprzez kolimator na badany obiekt a światło rozproszone na drgającym obiekcie zbierane jest przez kolimator, oraz wyposażone we wzmacniacz światłowodowy i fotodetektor połączony z układem pomiarowym, znamienne tym, że wiązka światła z co najmniej dwóch źródeł światła (1) jest kierowana światłowodami do co najmniej dwóch pierwszych sprzęgaczy (2), z których wiązki pomiarowe (3) światłowodami są kierowane do układu co najmniej dwóch kolimatorów (5) oświetlających drgający obiekt (6), zaś światło rozproszone na drgającym obiekcie (6), zbierane przez układ co najmniej dwóch kolimatorów (5) jest kierowane światłowodami poprzez multiplekser światłowodowy (7), do pierwszego wejścia drugiego sprzęgacza (10), przy czym do drugiego wejścia drugiego sprzęgacza (10) doprowadzone są światłowodami wiązki odniesienia (4), z co najmniej dwóch sprzęgaczy (2) poprzez układ sprzęgający (8) i modulator akustooptyczny (9), natomiast z wyjścia drugiego sprzęgacza (10) światłowodami kierowane są wiązki światła poprzez wzmacniacz światłowodowy (11) i demultiplekser światłowodowy (12) do układu co najmniej dwóch fotodetektorów (13), z których sygnały elektryczne są przesyłane do układu rejestrująco-pomiarowego (14).

3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że na każde źródło światła w postaci lasera (1) ma jeden pierwszy sprzęgacz (2) i jedną parę kolimatorów (5) nadawczy i odbiorczy.

4. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że układ sprzęgający (8) jest multiplekserem.