[发明专利]全光纤激光多普勒三维测振仪

说明书

技术领域

本发明涉及激光测试领域，尤其是涉及全光纤激光多普勒三维测振仪。

背景技术

测振动的方法包括电测量法和光学测量法。电测量法主要是将振动传感器粘贴在测量部位，求得器件振动模式分布。该测量法具有很多局限性：无法在恶劣环境下进行测量，例如强电磁环境，高温等环境；不适用于测量特殊器件的振动模式，如微结构，高速旋转物体等；不能完成对器件高空间密度的振动模式测量，振动传感器带来的质量加载效应不能忽略；另外，振动传感器的安装和卸载过程也非常麻烦。

光学测量方法最大的优点就是具有非接触测量的优点，主要有全息法、数字散斑法、光三角法和多普勒测量技术等。全息法和数字散斑法都存在信噪比低，实时测量性能差和数据处理复杂等缺点。光三角法的位移分辨率较低，测量范围和工作距离较小。激光多普勒测振技术通过检测激光照射到运动物体上的多普勒频移，从而得到物体运动的速度和位移。利用光学多普勒效应发展起来扫描激光多普勒测振仪能够完成μm量级到m量级物体的振动测量，位移分辨率达到2 nm，工作距离可达50 m，测量振动频率达到MHz量级，是一种应用非常广泛的非接触测振技术，但是扫描激光多普勒测振仪只能测量一维振动，另外采用的是分离器件，结构复杂。

近来德国的Ploytec公司报道了激光多普勒三维测振仪，型号为PSV-400-3D，该测振仪采用三个独立的扫描激光多普勒测振仪以不同的角度同时对准器件的一个点，从而完成对该点的三维振动速度测量。但是该系统采用分离的光学元件，具有三个独立的激光发射头，所以具有体积庞大、操作复杂、价格昂贵等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种全光纤激光多普勒测振仪，利用光学多普勒效应通过Z方向测量组件、X方向测量组件、Y方向测量组件与组合式光纤探头、光电转换器、上位机配合工作，方便测量振动物体三维方向振动速度。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种全光纤激光多普勒三维测振仪包括组合式光纤探头，用于接收Z方向激光光束并照射到振动物体上，同时接收振动物体反射到X方向激光光束、振动物体反射到Y方向激光光束、振动物体反射到Z方向激光光束； Z方向测量组件，用于产生Z方向激光光束，通过组合式光纤探头第一端口照射到振动物体上，并同时接收振动物体反射到Z方向激光光束并进行信号处理；X方向测量组件，用于分别通过组合式光纤探头第二端口、组合式光纤探头第四端口接收振动物体反射到X方向的激光光束并进行信号处理； Y方向测量组件，用于分别通过组合式光纤探头第三端口、组合式光纤探头第五端口接收振动物体反射到Y方向激光光束并进行信号处理；示波器，用于接收并存储Z方向测量组件、X方向测量组件、Y方向测量组件产生的电信号；上位机，用于接收示波器存储的电信号，并分别处理为振动物体Z方向对应的速度、振动物体X方向对应的速度、振动物体Y方向对应的速度；所述Z方向是第一探头的激光发射方向，X方向为与Z方向垂直在组合式光纤探头第二端口和组合式光纤探头第四端口的连线方向，Y方向为与Z方向垂直在组合式光纤探头第三端口和组合式光纤探头第五端口的连线方向。

所述Z方向测量组件包括光纤位移干涉仪，用于产生Z方向激光光束,同时接收振动物体反射到Z方向激光光束； 波分复用器，用于接收光纤位移干涉仪产生的Z方向的激光光束，并将Z方向的激光光束通过组合式光纤探头第一端口照射在振动物体上；接收振动物体反射到Z方向激光光束；X方向测量组件包括第一光纤耦合器，用于分别接收组合式光纤探头第二端口、组合式光纤探头第四端口沿X方向激光光束，进行耦合处理，形成第一光干涉信号、第二光干涉信号；第一光纤信号处理模块，用于接收第一光纤耦合器输出的振动物体X方向第一光干涉信号，并将第一光干涉信号处理为第一电信号； 第二光纤信号处理模块，用于接收第一光纤耦合器输出的振动物体X方向第二光干涉信号，并将第二光干涉信号处理为第二电信号；其中第一光干涉信号与第二光干涉信号频率相同，相位差T；Y方向测量组件包括第二光纤耦合器，用于分别接收组合式光纤探头第三端口、组合式光纤探头第五端口沿Y方向激光光束，进行耦合处理，形成第三光干涉信号、第四光干涉信号；第三光纤信号处理模块，用于接收第二光纤耦合器输出的振动物体Y方向第三光干涉信号，并将第三光干涉信号处理为第三电信号； 第四光纤信号处理模块，用于接收第二光纤耦合器输出的振动物体Y方向第四光干涉信号，并将第四光干涉信号处理为第四电信号；其中第三光干涉信号与第四光干涉信号频率相同，相位差为T。