一種多維激光測(cè)振儀的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種多維激光測(cè)振儀，一種多維激光測(cè)振儀至少包括兩組激光測(cè)振組件，所述激光測(cè)振組件共用一個(gè)光束聚焦系統(tǒng)，所述每組激光測(cè)振組件出射的激光通過(guò)光束聚焦系統(tǒng)能夠聚焦到振動(dòng)物體的同一點(diǎn)；所述各激光測(cè)振組件的激光器出射的激光由光束聚焦系統(tǒng)聚焦到振動(dòng)物體上的散射光束返回到激光測(cè)振組件形成干涉，激光測(cè)振組件內(nèi)部設(shè)置的探測(cè)器探測(cè)干涉信號(hào)，解調(diào)出振動(dòng)物體沿激光測(cè)振組件通過(guò)光束聚焦系統(tǒng)的出射光束的投影分量。通過(guò)振動(dòng)投影分量根據(jù)適當(dāng)?shù)氖噶筷P(guān)系求解出振動(dòng)物體沿正交坐標(biāo)軸的多維振動(dòng)分量信息。所述多維激光測(cè)振儀能夠?qū)崿F(xiàn)多維振動(dòng)信息測(cè)量，較之單組件測(cè)量信息更為豐富。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種多維激光測(cè)振儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于激光精密測(cè)量領(lǐng)域，涉及一種激光測(cè)振儀，特別涉及一種多維激 光測(cè)振伩。

【背景技術(shù)】
[0002] 振動(dòng)存在于生活、工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于振動(dòng)的測(cè)量有著極大的 需求。特別是振動(dòng)的非接觸式測(cè)量，不會(huì)影響振動(dòng)的原有狀態(tài)，測(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠， 是振動(dòng)測(cè)量的發(fā)展方向。目前，較為成熟非接觸式振動(dòng)測(cè)量技術(shù)為激光多普勒技術(shù)，一般 采用外差式結(jié)構(gòu)，需要激光光源，聲光移頻器，光電探測(cè)器，分束器、合束器等。詳見(jiàn)專(zhuān)利 CN203102703U《一種新型激光外差千涉實(shí)驗(yàn)儀》。
[0003] 近年來(lái)，激光自混合測(cè)振技術(shù)開(kāi)始嶄露頭角。相關(guān)綜述介紹詳見(jiàn)1997年馬軍山發(fā) 表于《宇航測(cè)量技術(shù)》的文章《激光自混合干涉測(cè)量技術(shù)綜述》。激光自混合技術(shù)結(jié)構(gòu)極為 簡(jiǎn)單，激光器出射光束由透鏡聚焦于物體，散射光回到激光器內(nèi)部，將引起激光輸出功率的 相應(yīng)變化，光電探測(cè)器探測(cè)激光輸出功率的變化信號(hào)，經(jīng)過(guò)一定解調(diào)算法則可以獲取被測(cè) 物體的振動(dòng)信息。
[0004] 但是，無(wú)論采用激光多普勒測(cè)振技術(shù)還是采用激光自混合測(cè)振技術(shù)，都只能測(cè)量 沿光束方向的一維振動(dòng)，測(cè)量信息不夠豐富。為了豐富測(cè)量維度信息，考慮多激光測(cè)振組件 組合的方式，包括激光多普勒測(cè)振組件或者激光自混合測(cè)振組件。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型提供了 一種多維激光測(cè)振儀，解決了利用激光測(cè)振技術(shù)進(jìn)行振動(dòng)物體 的非接觸式測(cè)量的問(wèn)題，其技術(shù)方案如下所述：
[0006] 一種多維激光測(cè)振儀，至少包括兩組激光測(cè)振組件，所述激光測(cè)振組件共用一個(gè) 光束聚焦系統(tǒng)，所述每組激光測(cè)振組件出射的激光通過(guò)光束聚焦系統(tǒng)能夠聚焦到振動(dòng)物體 的同一點(diǎn)；
[0007] 其中，所述各組激光測(cè)振組件的激光器出射的激光，由光束聚焦系統(tǒng)聚焦到振動(dòng) 物體上的散射光束返回到激光測(cè)振組件形成干涉，激光測(cè)振組件內(nèi)部設(shè)置的探測(cè)器探測(cè)千 涉信號(hào)，解調(diào)出振動(dòng)物體沿激光測(cè)振組件通過(guò)光束聚焦系統(tǒng)的出射光束的投影分量；
[0008] 所述多維激光測(cè)振儀根據(jù)各個(gè)激光測(cè)振組件所測(cè)量得到的投影分量，通過(guò)矢量關(guān) 系求得振動(dòng)物體沿正交坐標(biāo)軸的振動(dòng)分量。實(shí)現(xiàn)振動(dòng)物體的多維振動(dòng)信息測(cè)量。
[0009] 進(jìn)一步的，所述激光測(cè)振組件是激光多普勒測(cè)振組件或者激光自混合測(cè)振組件。
[0010] 所述多維激光測(cè)振儀為二維激光測(cè)振儀，所述激光測(cè)振組件設(shè)置有兩組，包括第 一激光測(cè)振組件和第二激光測(cè)振組件，所述每組激光測(cè)振組件的出射光束沿光束聚焦系統(tǒng) 光軸對(duì)稱(chēng)分布，分別為第一激光測(cè)振組件通過(guò)光束聚焦系統(tǒng)的第一出射光束，以及第二激 光測(cè)振組件通過(guò)光束聚焦系統(tǒng)的第二出射光束，所述物體振動(dòng)沿第一出射光束和第二出射 光束的投影分量為V 41、V42,將沿光束聚焦系統(tǒng)的光軸方向定義為Z軸，將振動(dòng)物體的激光照 射點(diǎn)作為原點(diǎn)，并垂直于z軸建立χ-y坐標(biāo)系，所述振動(dòng)物體沿坐標(biāo)軸X，Z方向的二維振動(dòng) 分量為
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種多維激光測(cè)振儀，其特征在于，至少包括兩組激光測(cè)振組件，所述激光測(cè)振組件 共用一個(gè)光束聚焦系統(tǒng)，所述每組激光測(cè)振組件出射的激光通過(guò)光束聚焦系統(tǒng)能夠聚焦到 振動(dòng)物體的同一點(diǎn)； 其中，所述各組激光測(cè)振組件的激光器出射的激光，由光束聚焦系統(tǒng)聚焦到振動(dòng)物體 上的散射光束返回到激光測(cè)振組件形成干涉，激光測(cè)振組件內(nèi)部設(shè)置的探測(cè)器探測(cè)干涉信 號(hào)，解調(diào)出振動(dòng)物體沿激光測(cè)振組件通過(guò)光束聚焦系統(tǒng)的出射光束的投影分量； 所述多維激光測(cè)振儀根據(jù)各個(gè)激光測(cè)振組件所測(cè)量得到的投影分量，通過(guò)矢量關(guān)系求 得振動(dòng)物體沿正交坐標(biāo)軸的振動(dòng)分量，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)物體的多維振動(dòng)信息測(cè)量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多維激光測(cè)振儀，其特征在于，所述激光測(cè)振組件是激光多 普勒測(cè)振組件或者激光自混合測(cè)振組件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多維激光測(cè)振儀，其特征在于，所述多維激光測(cè)振儀為二維 激光測(cè)振儀，所述激光測(cè)振組件設(shè)置有兩組，包括第一激光測(cè)振組件和第二激光測(cè)振組件， 所述每組激光測(cè)振組件的出射光束沿光束聚焦系統(tǒng)光軸對(duì)稱(chēng)分布，分別為第一激光測(cè)振組 件通過(guò)光束聚焦系統(tǒng)的第一出射光束，以及第二激光測(cè)振組件通過(guò)光束聚焦系統(tǒng)的第二出 射光束，所述物體振動(dòng)沿第一出射光束和第二出射光束的投影分量為v 41、v42，將沿光束聚 焦系統(tǒng)的光軸方向定義為z軸，將振動(dòng)物體的激光照射點(diǎn)作為原點(diǎn)，并垂直于z軸建立x-y 坐標(biāo)系，所述振動(dòng)物體沿坐標(biāo)軸X，Z方向的二維振動(dòng)分量為 _ V41 +v42 _ V42 -v41 Vz~ co%(0!2) ' Vx~sin(^/2) 其中Vx，Vz為振動(dòng)物體的沿坐標(biāo)軸的振動(dòng)分量，θ為第一出射光束與第二出射光束的 夾角，光束聚焦系統(tǒng)的焦距為f，第一出射光束與第二出射光束間隔為h，存在下述關(guān)系式 tan(6^/2) = -- 〇 If
4. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的多維激光測(cè)振儀，其特征在于：將沿光束聚焦系統(tǒng)的光軸 方向定義為z軸，將振動(dòng)物體的激光照射點(diǎn)作為原點(diǎn)，并垂直于z軸建立x-y坐標(biāo)系，其中 有一組激光測(cè)振組件的出射光束沿光束聚焦系統(tǒng)的光軸分布，在獲取所述的振動(dòng)物體沿激 光測(cè)振組件通過(guò)光束聚焦系統(tǒng)的出射光束投影分量之前，先測(cè)量z坐標(biāo)的振動(dòng)分量以實(shí)現(xiàn) 其他激光測(cè)振組件對(duì)光束夾角Θ進(jìn)行校準(zhǔn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4中所述的多維激光測(cè)振儀，其特征在于，所述的多維激光測(cè)振儀為 二維激光測(cè)振儀，所述激光測(cè)振組件設(shè)置有三組，分別為第一激光測(cè)振組件、第二激光測(cè)振 組件和第三激光測(cè)振組件，其中，第三激光測(cè)振組件的出射光束沿光束聚焦系統(tǒng)的光軸分 布；其余兩組激光測(cè)振組件的出射光束沿光束聚焦系統(tǒng)的光軸對(duì)稱(chēng)分布，分別為第一激光 測(cè)振組件通過(guò)光束聚焦系統(tǒng)的第一出射光束，以及第二激光測(cè)振組件通過(guò)光束聚焦系統(tǒng)的 第二出射光束，所述物體振動(dòng)沿第一出射光束和第二出射光束的投影分量為v 41、v42，所述 第三激光測(cè)振組件測(cè)量z軸方向上的振動(dòng)信息v4(l，實(shí)現(xiàn)第一出射光束與第二出射光束的角 度Θ的校準(zhǔn) vz = v4〇 θ = 2 arccos(，41 '42) V40 經(jīng)校準(zhǔn)后，得到振動(dòng)物體沿坐標(biāo)軸X，Z方向的二維振動(dòng)分量為 _ V42 ~V41 Vz = V40, v, - sin(^/2) °
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多維激光測(cè)振儀，其特征在于，所述多維激光測(cè)振儀為三維 激光測(cè)振儀，所述的激光測(cè)振組件設(shè)置有三組，分別為第一激光測(cè)振組件、第二激光測(cè)振組 件和第三激光測(cè)振組件，所述每組激光測(cè)振組件的出射光束沿光束聚焦系統(tǒng)光軸正交分 布，分別為第一激光測(cè)振組件通過(guò)光束聚焦系統(tǒng)的第一出射光束、第二激光測(cè)振組件通過(guò) 光束聚焦系統(tǒng)的第二出射光束，以及第三激光測(cè)振組件通過(guò)光束聚焦系統(tǒng)的第三出射光 束，所述第三激光測(cè)振組件沿光軸布置，將沿光束聚焦系統(tǒng)的光軸方向定義為z軸，將振動(dòng) 物體的激光照射點(diǎn)作為原點(diǎn)，并垂直于z軸建立x-y坐標(biāo)系，第一激光測(cè)振組件布置于y軸 h41/2處，第二激光測(cè)振組件布置于X軸_h42/2處，所述物體振動(dòng)沿第一出射光束和第二出 射光束的投影分量為v 41、v42，所述第三激光測(cè)振組件測(cè)量z軸方向上的振動(dòng)信息v4(l，所述 第三激光測(cè)振組件的第三出射光束測(cè)量物體沿z軸方向的振動(dòng)分量為 vz = v4〇 通過(guò)三個(gè)組件的正交分布得到振動(dòng)物體沿y軸的振動(dòng)分量Vy，振動(dòng)物體沿X軸的振動(dòng) 分量Vx v _v41-v40cos(U v _ V42 -v40cos(U '' sin(6^,0 4I) ^ Sin(6*40 42) 其中，Θ 4(l~41為第三激光測(cè)振組件的第三出射光束與第一激光測(cè)振組件的第一出射光 束的夾角，Θ 4(|~42為第三激光測(cè)振組件的第三出射光束與第二激光測(cè)振組件的第二出射光 束的夾角，則有下述關(guān)系式 ^4〇~41 = arctan(|^) =arcLan(^；) 丄J 丄J 能夠由光束聚焦系統(tǒng)的焦距為f，第一出射光束與第三出射光束間距h41/2,第二出射 光束與第第三出射光束間距h42/2計(jì)算得到。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多維激光測(cè)振儀，其特征在于，所述多維激光測(cè)振儀為三維 激光測(cè)振儀，所述的激光測(cè)振組件設(shè)置有五組，分別為第一激光測(cè)振組件至第五激光測(cè)振 組件，通過(guò)光束聚焦系統(tǒng)之后分別為第一出射光束至第五出射光束，所述每組激光測(cè)振組 件的出射光束沿光束聚焦系統(tǒng)光軸正交對(duì)稱(chēng)放置，構(gòu)成十字分布，其中，所述第三激光測(cè)振 組件沿光軸布置，通過(guò)第一激光測(cè)振組件至第三激光測(cè)振組件分別發(fā)出的第一出射光束至 第三出射光束的振動(dòng)投影分量實(shí)現(xiàn)第一出射光束和第二出射光束的夾角Θ 41~42校準(zhǔn)： Θ41 4^2arccos(y41+V42) v4〇 通過(guò)第三激光測(cè)振組件至第五激光測(cè)振組件分別發(fā)出的第三出射光至第五出射光束 的振動(dòng)投影分量實(shí)現(xiàn)光束第四出射光束和第五出射光束的夾角Θ 43~44校準(zhǔn)： ^4',·4-ι =2 arccosf43 + V44) V40 其中，V4(l是第三激光測(cè)振組件測(cè)量z軸方向上的振動(dòng)信息，其余第一激光測(cè)振組件至 第五激光測(cè)振組件四組激光測(cè)振組件測(cè)量的投影分量為V41、V42、V43、V 44 ; 經(jīng)校準(zhǔn)后，得到振動(dòng)物體沿坐標(biāo)軸X，y，Z方向的三維維振動(dòng)分量為 Vz = V40 _ V42 -V4l Vx^s\n(Ou 4；/2) y _ V44-V43 。 y sin(i945..44 / 2) °
【文檔編號(hào)】G01H9/00GK204085684SQ201420485977
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】葉崗 申請(qǐng)人:寧波舜宇智能測(cè)量?jī)x器有限公司