PL219231B1

PL219231B1 - Sposób pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów oraz urządzenie do pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów

Info

Publication number: PL219231B1
Application number: PL394327A
Authority: PL
Inventors: Arkadiusz Antończak; Krzysztof Abramski; Adam Wąż; Paweł Kaczmarek; Jarosław Sotor; Grzegorz Dudzik; Grzegorz Soboń; Karol Krzempek
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2015-03-31
Also published as: PL394327A1

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 351 843 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 sprzęgacza. 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 światłowodowego, 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 wdanym 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 w układzie wibrometru laserowoświatłowodowego generuje się wiązkę promieniowania laserowego, którą kieruje się światłowodem nadawczym do pierwszego kolimatora nadawczego optycznej głowicy wibrometru laserowo-światłowodowego, następnie wiązką promieniowania laserowego oświetla się badany obiekt pomiarowy, jednocześnie drugim kolimatorem odbiorczym optycznej głowicy wibrometru laserowo-światłowodowego odbiera się promieniowanie rozproszone od badanego obiektu pomiarowego, które kieruje się światłowodem odbiorczym do układu wibrometru laserowo-światłowodowego. W układzie wibrometru laserowo-światłowodowego wartość promieniowania rozproszonego poddaje się analizie w pełnym zakresie wychylenia kątowego kolimatora odbiorczego, po czym na podstawie zmierzonej zależności zmian promieniowania rozproszonego w funkcji kąta pomiędzy kolimatorem nadawczym i odbiorczym wyznacza się wartość sygnału błędu, jako różnicę kąta pomiędzy położeniem odpowiadającym maksymalnej wartości mocy promieniowania rozproszonego i aktualnym położeniem kolimatora odbiorczego. Następnie w układzie regulacji położenia kąta na podstawie zmierzonego sygnału błędu, wytwarza się sygnał sterujący elementem wykonawczym regulacji położenia kąta kolimatora odbiorczego, którym ustawia się kolimator odbiorczy optycznej głowicy wibrometru laserowo-światłowodowego pod wyznaczonym kątem względem kolimatora nadawczego optycznej głowicy wibrometru laserowo-światłowodowego.

Korzystnym jest, gdy dla maksymalnej wartości mocy promieniowania rozproszonego i wyznaczonego kąta pomiędzy kolimatorem nadawczym i odbiorczym, nadal powoli zmienia się położenie kątowe kolimatora odbiorczego, a na podstawie pomiaru zmian wartości mocy promieniowania rozproszonego koryguje się położenie kątowe kolimatora odbiorczego.

Korzystnie, odległość optycznej głowicy wibrometru laserowo-światłowodowego od badanego obiektu pomiarowego, wyznacza się na podstawie wartości kąta pomiędzy kolimatorem nadawczym i odbiorczym oraz odległości pomiędzy kolimatorem nadawczym i odbiorczym.

PL 219 231 B1

Istota urządzenia, według wynalazku, polega na tym, że pierwsze wyjście optyczne wibrometru laserowo-światłowodowego połączone jest światłowodem nadawczym z kolimatorem nadawczym, a drugie wyjście wibrometru laserowo-światłowodowego połączone jest poprzez układ regulacji położenia kąta z elementem wykonawczym regulacji położenia kąta kolimatora odbiorczego, przy czym kolimator odbiorczy połączony jest światłowodem odbiorczym z wejściem optycznym wibrometru laserowo-światłowodowego oraz z elementem wykonawczym regulacji położenia kąta kolimatora odbiorczego.

Korzystnie, osie optyczne kolimatora nadawczego i kolimatora odbiorczego leżą w tej samej płaszczyźnie.

Korzystnie, oba kolimatory maja taką samą charakterystykę promieniowania, odpowiednio długą wartość ogniskowej, oraz zbudowane są z identycznych elementów optycznych.

Korzystnym jest, gdy kolimator nadawczy, kolimator odbiorczy oraz układ regulacji położenia kąta kolimatora odbiorczego, stanowią autonomiczny układ optycznej głowicy wibrometru laserowoświatłowodowego, która połączona jest światłowodem nadawczym i odbiorczym z wibrometrem laserowo-światłowodowym oraz przewodami sterującymi łączącymi układ regulacji położenia z elementem wykonawczym regulacji położenia kolimatora odbiorczego.

Sposób według wynalazku pozwala na automatyczne wyszukiwanie maksymalnej wartości mocy promieniowania rozproszonego od obiektu pomiarowego, zwłaszcza dla wibrometru laserowoświatłowodowego, przeznaczonego do wykrywania słabych sygnałów rozproszonych na drgającym obiekcie w celu określenia jego parametrów drgań. Ponadto, umożliwia śledzenie wolnych zmian położenia obiektu pomiarowego oraz określenie odległości do obiektu pomiarowego.

Zasadniczymi korzyściami technicznymi wynikającymi z zastosowania układu automatycznego wyszukiwania maksymalnej wartości promieniowania rozproszonego od obiektu pomiarowego, według wynalazku, jest prostsza obsługa wibrometru laserowo-światłowodowego, skrócenie czasu potrzebnego do znalezienia maksymalnej wartości analizowanego promieniowania oraz możliwość śledzenia odległości od obiektu, w przypadku zmian jego położenia, pod warunkiem że zmiany te są znacznie wolniejsze niż analizowane drgania.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku, który przedstawia schemat blokowy układu automatycznego wyszukiwania maksymalnej wartości promieniowania rozproszonego od obiektu pomiarowego.

P r z y k ł a d 1

Sposób pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów oraz urządzenie do pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów z automatycznym wyszukiwaniem maksymalnej mocy promieniowania rozproszonego w wibrometrze laserowym, polega na tym, że w układzie wibrometru laserowo-światłowodowego 1 generuje się wiązkę promieniowania laserowego, którą kieruje się światłowodem nadawczym 2 do kolimatora nadawczego 3 optycznej głowicy wibrometru laserowo-światłowodowego G oraz oświetla się nim badany obiekt pomiarowy O. Jednocześnie, kolimatorem odbiorczym 4 optycznej głowicy wibrometru laserowo-światłowodowego G odbiera się promieniowanie rozproszone od badanego obiektu pomiarowego O, które kieruje się światłowodem odbiorczym 5 do układu wibrometru laserowo-światłowodowego 1. W układzie wibrometru laserowo-światłowodowego 1 wartość promieniowania rozproszonego poddaje się analizie w pełnym zakresie wychylenia kątowego α kolimatora odbiorczego 4, po czym na podstawie zmierzonej zależności zmian promieniowania rozproszonego w funkcji kąta α pomiędzy kolimatorem nadawczym 3 i odbiorczym 4, wyznacza się wartość sygnału błędu, jako różnicę kąta pomiędzy położeniem odpowiadającym maksymalnej wartości mocy promieniowania rozproszonego i aktualnym położeniem kolimatora odbiorczego 4, następnie w układzie regulacji położenia kąta 6 na podstawie zmierzonego sygnału błędu, wytwarza się sygnał sterujący elementem wykonawczym regulacji położenia kąta kolimatora odbiorczego 7, którym ustawia się kolimator odbiorczy 4 optycznej głowicy wibrometru laserowo-światłowodowego G pod wyznaczonym kątem a względem kolimatora nadawczego 3 optycznej głowicy wibrometru laserowo-światłowodowego G.

P r z y k ł a d 2

Sposób pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów oraz urządzenie do pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów przebiega jak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że dla maksymalnej wartości mocy promieniowania rozproszonego i wyznaczonego kąta α pomiędzy kolimatorem nadawczym 3 i odbiorczym 4, nadal powoli zmienia się położenie kątowe kolimatora odbiorczego 4, a na podstawie pomiaru zmian wartości mocy promieniowania rozproszonego koryguje się położenie kątowe kolimatora odbiorczego 4. Ponadto, odległość L optycznej głowicy wibrometru laserowo-światłowodowego G

PL 219 231 B1 od badanego obiektu pomiarowego O, wyznacza się na podstawie wartości kąta α pomiędzy kolimatorem nadawczym 3 i odbiorczym 4 oraz odległości pomiędzy kolimatorem nadawczym 3 i odbiorczym 4.

P r z y k ł a d 3

Urządzenie do pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów wyposażone w wibrometr laserowy z automatycznym wyszukiwaniem maksymalnej mocy promieniowania rozproszonego ma pierwsze wyjście optyczne WY1 wibrometru laserowo-światłowodowego 1 połączone jest światłowodem nadawczym 2 z kolimatorem nadawczym 4, a drugie wyjście WY2 wibrometru laserowo-światłowodowego 1 połączone poprzez układ regulacji położenia kąta 6 z elementem wykonawczym regulacji położenia kąta kolimatora odbiorczego 7. Osie optyczne kolimatora nadawczego 3 i kolimatora odbiorczego 4 leżą w tej samej płaszczyźnie, a oba kolimatory 3, 4 maja taką samą charakterystykę promieniowania, odpowiednio długą wartość ogniskowej, oraz zbudowane są z identycznych elementów optycznych. Kolimator odbiorczy 4 połączony jest światłowodem odbiorczym 5 z wejściem optycznym WE1 wibrometru laserowo-światłowodowego 1 i jednocześnie z elementem wykonawczym regulacji położenia kąta kolimatora odbiorczego 7.

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 kolimator nadawczy 3, kolimator odbiorczy 4 oraz układ regulacji położenia kąta 6 kolimatora odbiorczego 4, stanowią autonomiczny układ optycznej głowicy wibrometru laserowoświatłowodowego G, która połączona jest światłowodem nadawczym 2 i odbiorczym 3 z wibrometrem laserowo-światłowodowym 1 oraz przewodami sterującymi łączącymi układ regulacji położenia 6 z elementem wykonawczym 7 regulacji położenia kolimatora odbiorczego 4.

Wykaz oznaczeń na rysunku

1. wibrometr laserowo-światłowodowy,

2. światłowód nadawczy,

3. kolimator nadawczy,

4. kolimator odbiorczy,

5. światłowód odbiorczy,

6. układ regulacji położenia kąta,

7. element wykonawczy regulacji położenia kąta kolimatora odbiorczego,

O. badany obiekt pomiarowy,

G. optyczna głowica wibrometru laserowo-światłowodowego, α. kąt pomiędzy osią kolimatora nadawczego i odbiorczego.

Claims

1. Sposób pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów automatycznego wyszukiwania maksymalnej mocy promieniowania rozproszonego w wibrometrze laserowym, znamienny tym, że w układzie wibrometru laserowo-światłowodowego (1) generuje się wiązkę promieniowania laserowego, którą kieruje się światłowodem nadawczym (2) do pierwszego kolimatora nadawczego (3) optycznej głowicy wibrometru laserowo-światłowodowego (G), a następnie wiązką promieniowania laserowego oświetla się badany obiekt pomiarowy (O), jednocześnie drugim kolimatorem odbiorczym (4) optycznej głowicy wibrometru laserowo-światłowodowego (G) odbiera się promieniowanie rozproszone od badanego obiektu pomiarowego (O), które kieruje się światłowodem odbiorczym (5) do układu wibrometru laserowo-światłowodowego (1), w którym wartość promieniowania rozproszonego poddaje się analizie w pełnym zakresie wychylenia kątowego (α) kolimatora odbiorczego (4), po czym na podstawie zmierzonej zależności zmian promieniowania rozproszonego w funkcji kąta (α) pomiędzy kolimatorem nadawczym (3) i odbiorczym (4) wyznacza się wartość sygnału błędu, jako różnicę kąta pomiędzy położeniem odpowiadającym maksymalnej wartości mocy promieniowania rozproszonego i aktualnym położeniem kolimatora odbiorczego (4), następnie w układzie regulacji położenia kąta (6) na podstawie zmierzonego sygnału błędu, wytwarza się sygnał sterujący elementem wykonawczym regulacji położenia kąta kolimatora odbiorczego (7), którym ustawia się kolimator odbiorczy (4) optycznej głowicy wibrometru laserowo-światłowodowego (G) pod wyznaczonym kątem (α) względem kolimatora nadawczego (3) optycznej głowicy wibrometru laserowo-światłowodowego (G).

2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że dla maksymalnej wartości mocy promieniowania rozproszonego i wyznaczonego kąta (α) pomiędzy kolimatorem nadawczym (3) i odbiorPL 219 231 B1 czym (4), nadal powoli zmienia się położenie kątowe kolimatora odbiorczego (4), a na podstawie pomiaru zmian wartości mocy promieniowania rozproszonego koryguje się położenie kątowe kolimatora odbiorczego (4).

3. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że odległość (L) optycznej głowicy wibrometru laserowo-światłowodowego (G) od badanego obiektu pomiarowego (O), wyznacza się na podstawie wartości kąta (α) pomiędzy kolimatorem nadawczym (3) i odbiorczym (4) oraz odległości pomiędzy kolimatorem nadawczym (3) i odbiorczym (4).

4. Urządzenie do pomiaru drgań i przemieszczeń obiektów wyposażone w wibrometr laserowy, znamienne tym, że pierwsze wyjście optyczne (WY1) wibrometru laserowo-światłowodowego (1) połączone jest światłowodem nadawczym (2) z kolimatorem nadawczym (4), a drugie wyjście (WY2) wibrometru laserowo-światłowodowego (1) połączone jest poprzez układ regulacji położenia kąta (6) z elementem wykonawczym regulacji położenia kąta kolimatora odbiorczego (7), przy czym kolimator odbiorczy (4) połączony jest światłowodem odbiorczym (5) z wejściem optycznym (WE1) wibrometru laserowo-światłowodowego (1) oraz z elementem wykonawczym regulacji położenia kąta kolimatora odbiorczego (7).

5. Układ według zastrzeżenia 4, znamienny tym, że osie optyczne kolimatora nadawczego (3) i kolimatora odbiorczego (4) leżą w tej samej płaszczyźnie.

6. Układ według zastrzeżenia 4, znamienny tym, że oba kolimatory (3, 4) maja taką samą charakterystykę promieniowania, odpowiednio długą wartość ogniskowej oraz zbudowane są z identycznych elementów optycznych.

7. Układ według zastrzeżenia 4, znamienny tym, że kolimator nadawczy (3), kolimator odbiorczy (4) oraz układ regulacji położenia kąta (6) kolimatora odbiorczego (4), stanowią autonomiczny układ optycznej głowicy wibrometru laserowo-światłowodowego (G), która połączona jest światłowodem nadawczym (2) i odbiorczym (3) z wibrometrem laserowo-światłowodowym (1) oraz przewodami sterującymi łączącymi układ regulacji położenia (6) z elementem wykonawczym (7) regulacji położenia kolimatora odbiorczego (4).