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CN103900681A - 一种扫描激光振动测量系统 - Google Patents

一种扫描激光振动测量系统 Download PDF

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CN103900681A
CN103900681A CN201410140732.0A CN201410140732A CN103900681A CN 103900681 A CN103900681 A CN 103900681A CN 201410140732 A CN201410140732 A CN 201410140732A CN 103900681 A CN103900681 A CN 103900681A
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laser
diaphragm
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light
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CN201410140732.0A
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曹长庆
曾晓东
刘虎
冯喆珺
刘天航
高新华
曹星江
党文佳
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Xidian University
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Xidian University
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Abstract

本发明公开了一种扫描激光振动测量系统，激光器发射的激光束经第一分光棱镜分束，其中一路作为外差探测的本振光经反射棱镜反射到合束镜进行合束；另一路经第一光阑、AO声光调制器、第二光阑、第二分光棱镜到达二维扫描控制系统后射向目标，散射光束经二维扫描控制系统、第二分光棱镜到达合束镜与本振光合束；激光合束后，经第三光阑、检偏器、光电探测器和中频放大器到达信号处理器。本发明的有益之处在于：采取外差式激光干涉测量的原理，实现了对目标的振动、速度和位移等特征进行非接触式测量，具有测量精度高、抗干扰能力强等优点；在外差探测时，采用收发一体化和二维扫描测量设计，具有结构坚固紧凑、测量调节方便等特点。

Description

一种扫描激光振动测量系统
技术领域
本发明涉及一种测量系统，具体涉及一种扫描激光振动测量系统，属于测量技术领域。 
背景技术
现有的测量系统，其主要存在如下问题： 
1、测量距离短，多在30m以内； 
2、测量振动频率范围较窄，多在百kHz以内； 
3、抗干扰能力弱，易受环境光影响； 
4、测量精度低。 
目前光学探测主要有直接探测和外差探测两种方式，直接探测方式测量精度低、抗干扰能力差，外差探测方式测量精度高、抗干扰能力强。但是现有外差测量系统往往针对目标的一个区域或目标的一个点进行探测，不具备扫描功能，变更探测目标或探测目标区域时，调节十分困难。 
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种测量精度高、抗干扰能力强、且方便变更探测目标区域的扫描激光振动测量系统。 
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案： 
一种扫描激光振动测量系统，其特征在于， 
包括：激光器、第一分光棱镜、反射棱镜、第一光阑、AO声光调制器、第二光阑、第二分光棱镜、二维扫描控制系统、合束镜、第三 光阑、检偏器、光电探测器、中频放大器和信号处理器； 
前述激光器发射的激光束经第一分光棱镜分束，其中一路光束作为外差探测的本振光经反射棱镜反射到合束镜进行合束； 
另一路光束依次经过第一光阑、AO声光调制器、第二光阑和第二分光棱镜到达二维扫描控制系统，二维扫描控制系统控制光束在二维上的扫描移动，光束到达目标后，散射光束依次经过二维扫描控制系统、第二分光棱镜到达合束镜与本振光合束； 
激光合束后，依次经过第三光阑、检偏器、光电探测器和中频放大器，最后由信号处理器对差频信号进行处理。 
前述的扫描激光振动测量系统，其特征在于，前述激光器发射的激光的波长为532nm。 
前述的扫描激光振动测量系统，其特征在于，前述激光线宽为1MHz，振动频率范围为0Hz-5MHz。 
本发明的有益之处在于：采取外差式激光干涉测量的原理，实现了对目标的振动、速度和位移等特征进行非接触式测量，具有测量精度高、抗干扰能力强等优点；在外差探测时，采用收发一体化和二维扫描测量设计，具有结构坚固紧凑、变更探测目标区域方便等特点。 
附图说明
图1是本发明的扫描激光振动测量系统的组成原理示意图； 
图2是测量第一目标所得的振动频谱图； 
图3是测量第二目标所得的振动频谱图； 
图4是测量第三目标所得的振动频谱图； 
图5是测量第四目标所得的振动频谱图。 
图中附图标记的含义：1-激光器，2-第一分光棱镜，3-反射棱镜，4-第一光阑，5-AO声光调制器，6-第二光阑，7-第二分光棱镜，8-二维扫描控制系统，9-目标，10-合束镜，11-第三光阑，12-检偏器，13-光电探测器，14-中频放大器，15-信号处理器。 
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。 
参照图1，本发明的扫描激光振动测量系统包括：激光器1、第一分光棱镜2、反射棱镜3、第一光阑4、AO声光调制器5、第二光阑6、第二分光棱镜7、二维扫描控制系统8、合束镜10、第三光阑11、检偏器12、光电探测器13、中频放大器14和信号处理器15，激光束在系统中先分成两束、再合束，具体如下： 
激光器1发射激光束，该激光束经第一分光棱镜2分束，其中一路光束作为外差探测的本振光经反射棱镜3反射到合束镜10进行合束； 
另一路光束依次经过第一光阑4、AO声光调制器5、第二光阑6和第二分光棱镜7到达二维扫描控制系统8，二维扫描控制系统8控制光束在二维上的扫描移动，光束到达目标9后，产生散射光束，该散射光束依次经过二维扫描控制系统8、第二分光棱镜7到达合束镜10与本振光合束； 
激光合束后，依次经过第三光阑11、检偏器12，然后经过光电探测器13，光电探测器13将光信号转化为电信号，然后该电信号通过 中频放大器14，中频放大器14对中频信号进行放大，最后由信号处理器15对差频信号进行处理，从而实现对信号时域、频域的分析。 
本发明使用532nm激光，即激光器1发射的激光的波长为532nm，激光线宽为1MHz，振动频率范围为0Hz-5MHz，可以实现对0.15m-70m范围内的目标振动特性的精准测量。 
图2至图5为测量不同的目标（测量距离均为55m）所得的振动频谱图。可见，本发明的扫描激光振动测量系统具有较高的信噪比和测量精度。 
综上所述，本发明的扫描激光振动测量系统采取外差式激光干涉测量的原理，实现了对目标的振动、速度和位移等特征进行非接触式测量，因此具有测量精度高、抗干扰能力强等优点。 
另外，在外差探测时，由于采用了收发一体化和二维扫描测量设计，所以本发明的测量系统具有结构坚固紧凑、变更探测目标区域方便等特点。 
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。 

Claims (3)

1.一种扫描激光振动测量系统，其特征在于， 
包括：激光器（1）、第一分光棱镜（2）、反射棱镜（3）、第一光阑（4）、AO声光调制器（5）、第二光阑（6）、第二分光棱镜（7）、二维扫描控制系统（8）、合束镜（10）、第三光阑（11）、检偏器（12）、光电探测器（13）、中频放大器（14）和信号处理器（15）； 
所述激光器（1）发射的激光束经第一分光棱镜（2）分束，其中一路光束作为外差探测的本振光经反射棱镜（3）反射到合束镜（10）进行合束； 
另一路光束依次经过第一光阑（4）、AO声光调制器（5）、第二光阑（6）和第二分光棱镜（7）到达二维扫描控制系统（8），二维扫描控制系统（8）控制光束在二维上的扫描移动，光束到达目标（9）后，散射光束依次经过二维扫描控制系统（8）、第二分光棱镜（7）到达合束镜（10）与本振光合束； 
激光合束后，依次经过第三光阑（11）、检偏器（12）、光电探测器（13）和中频放大器（14），最后由信号处理器（15）对差频信号进行处理。 
2.根据权利要求1所述的扫描激光振动测量系统，其特征在于，所述激光器（1）发射的激光的波长为532nm。 
3.根据权利要求2所述的扫描激光振动测量系统，其特征在于，所述激光线宽为1MHz，振动频率范围为0Hz-5MHz。 
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