本测速装置包含：框架、第一超声电机、第二超声电机、光栅尺、光栅读数器、气缸配重器、多普勒激光测速仪、竖导轨、底座、纵导轨、横导轨、竖板、连接板和第三超声电机，纵导轨分别装在底座上，在纵导轨两侧对称底座上装有第一超声电机，两个第一超声电机驱动纵导轨沿着底座前后纵向移动；在顶边上装有横导轨，在横导轨两侧对称顶边上分别装有第三超声电机，两个第三超声电机驱动横导轨使其沿着顶边左右横向移动；在横导轨上固定有连接板，在连接板一端固定有平行于对称边竖板，在竖板左右对称位置上分别装有第二超声电机，在两个第二超声电机之间装有竖导轨，两个第二超声电机驱动纵导轨沿着竖板上下移动，在竖导轨下端装有多普勒激光测速仪。
【技术实现步骤摘要】
具有三坐标精密定位的激光多普勒测速装置
本专利技术涉及高精度微风风速测量领域，尤其涉及三坐标精密定位控制的激光多普勒测速方法、系统及装置。
技术介绍
激光多普勒测速技术作为一种基于光学多普勒效应的测量方法，通过测量流体中微小粒子的散射光来测量流体的速度。该测量方法具有高精度、高分辨率、测量信号响应速度快、灵敏度高等技术优势，且由于测量过程中与被测流体无直接接触，排除了对流体的扰动，能够完成对特殊流体(温度高、具腐蚀性或毒性气体)的速度测量。由于激光多普勒测速技术具有以上优势，被广泛应用于各种流体速度的测量中，对微风风速的测量正是其众多应用中的重要一部分。使用传统的激光多普勒测速仪测量微风风速能够完成对空间中某一点随时间变化的速度测量，但无法实现对空间中不同位置的点进行测量，即无法完成面检测。为了对空间中不同位置的点实现激光多普勒测速操作，需要在传统的激光多普勒测速仪基础上增加三坐标精密定位装置，完成对测速仪的空间定位控制，从而达到阵列检测的目的。由此，希望设计一种三维坐标精密可调节的激光多普勒测速装置，以适应不同位置点的速度检测。现有较常见的激光多普勒多点测速方法是通过对多普勒激光测速仪发出的激光本身进行调制，通过使用多个分光棱镜或其他调制方法完成激光出射点的位置调节。该方法首先受制于激光光强的衰减效应，在棱镜或其他种类的调制器对激光出射方向进行调节时，会降低激光的功率和光强，同时增加了光学系统的复杂度，容易引入干扰光，导致最终的测量信号强度较低、误差较大。此测量方法的测量范围还会受到出射激光角度范围的影响，光学元件的角度调整精密度不高会增加被测点精密定位的难度。另一方面，激光器与被测流体之间引入的多个光学元件占用了有限的测量空间，提高了测量系统整体的复杂性。
技术实现思路
本申请的专利技术目的在于解决目前激光多普勒测速装置的不足，而提供一种具有三坐标精密定位的激光多普勒测速装置，解决了微风风速或其他流体测量中阵列检测的精密定位问题。为了完成本申请的专利技术目的，本申请采用以下技术方案：本专利技术的一种具有三坐标精密定位的激光多普勒测速装置，它包含：框架、第一超声电机、第二超声电机、光栅尺、光栅读数器、气缸配重器、多普勒激光测速仪、竖导轨、底座、纵导轨、横导轨、竖板、连接板、第三超声电机和控制器，所述框架为由二个对称边和顶边组成的三边矩形，在二个对称边底部分别固定有一根与对称边垂直的纵导轨，其中：每根纵导轨分别装在一个底座上，在每根纵导轨两侧对称的底座上分别装有第一超声电机，两个第一超声电机驱动纵导轨使其沿着底座前、后纵向移动，沿着每根纵导轨纵向上贴有光栅尺，在每个底座上分别装有一个光栅读数器；在顶边上装有沿着顶边的横导轨，在横导轨两侧对称的顶边上分别装有一个第三超声电机，两个第三超声电机驱动横导轨使其沿着顶边左、右横向移动，沿着横导轨的横向上贴有光栅尺，在顶边上装有一个光栅读数器；在横导轨上固定有连接板，连接板两端跨过横导轨，在连接板一端固定有平行于对称边的竖板，在竖板的左右对称位置上分别装有一个第二超声电机，在两个第二超声电机之间装有竖导轨，两个第二超声电机驱动纵导轨沿着竖板上、下移动，在竖导轨的下端装有多普勒激光测速仪，沿着纵导轨的竖向上贴有光栅尺，在竖板上装有一个光栅读数器，在连接板另一端固定有气缸配重器；控制器分别与第一超声电机、第二超声电机、第三超声电机和各光栅读数器相连。本专利技术的一种具有三坐标精密定位的激光多普勒测速装置，其中：所述竖导轨、纵导轨和横导轨包括：主轴和轴承套,轴承套套装在主轴外，在轴承套内有气道，从气道进入的气体使主轴漂浮在轴承套中，第一超声电机、第二超声电机和第三超声电机分别驱动主轴，轴承套分别固定在底座、顶边和竖板上，光栅尺贴在主轴上。本专利技术的一种具有三坐标精密定位的激光多普勒测速装置，其中：与第一超声电机、第二超声电机和第三超声电机接触的主轴表面粘贴有陶瓷片，以减少上述超声电机与主轴间的表面摩擦力。本专利技术的一种具有三坐标精密定位的激光多普勒测速装置，其中：所述连接板垂直于横导轨。本专利技术的一种具有三坐标精密定位的激光多普勒测速装置，其中：所述多普勒激光测速仪为激光多普勒激光测速仪。本专利技术的一种具有三坐标精密定位的激光多普勒测速装置，其中：所述光栅读数器分别读取贴在主轴上的光栅尺的读数本专利技术的横导轨、纵导轨和竖导轨组成(X,Y,Z)三维坐标系统，通过使用对称的超声电机对上述导轨进行驱动，实现对导轨的运动控制；同时通过在每根导轨表面粘贴光栅尺，使用光栅读数器获取上述导轨的实时动态位置作为反馈，结合控制器形成闭环控制系统，实现对横导轨、纵导轨和竖导轨的精密定位操控。其中竖导轨对侧安装了气缸配重装置，降低导轨运动的抖动，减少定位误差。用于检测流体速度的多普勒激光测速仪安装在竖导轨的下端，通过调节多普勒激光测速仪的三维坐标值，可实现对空间不同位置被测点的速度测量。本专利技术设计的优点和积极效果是：本专利技术通过使用作为余气回收的气浮直线导轨即横导轨、纵导轨和竖导轨、光栅尺和控制器组成的三坐标精密定位系统，带动多普勒测速仪进行精密定位运动，解决了传统的多普勒测速仪无法对空间中不同位置的点实现阵列测量的问题；驱动部分使用的超声电机具有低速大转矩、无齿轮减速机构、可实现直接驱动、无磁极和绕组、抗电磁干扰能力较好的优势；粘贴在横导轨、纵导轨和竖导轨表面的光栅尺可对导轨运动位置进行实时动态测量，结合控制器完成闭环控制，定位精度高；使用VC++6.0编程实现运动指令的发送和接收，通过AB1A驱动器向超声电机发送运动指令，采用控制器对超声电机的运动轨迹进行整定，使其完成稳定精密定位的功能。附图说明图1是三坐标精密定位激光多普勒测速装置的正向示意图；图2是图1的侧向示意图；图3为图1的A-A处的剖面放大示意图；图4为图3的B-B处的剖面局部示意图。其中：在图1至图4中，标号1为框架；标号2为第一超声电机；标号3为第二超声电机；标号4为光栅读数器；标号5为气缸配重装置；标号6为多普勒测速仪；标号7为竖导轨；标号8为底座；标号9为纵导轨；标号10为横导轨；标号11为竖板；标号12为连接板；标号13为第三超声电机；标号14为控制器；标号15为对称边；标号16为顶边；标号17为轴承套；标号18为主轴；标号19为气道。具体实施方式下面结合附图详细叙述本专利技术的具体实施实例；本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。如图1和图2所示，本专利技术的具有三坐标精密定位的激光多普勒测速装置包含：框架1、第一超声电机2、第二超声电机3、光栅尺、光栅读数器4、气缸配重器5、多普勒激光测速仪6、竖导轨7、底座8、纵导轨9、横导轨10、竖板11、连接板12、第三超声电机13和控制器14，所述框架1为由二个对称边15和顶边16组成的三边矩形，在二个对称边15底部分别固定有一根与对称边15垂直的纵导轨9，每根纵导轨9分别装在一个底座8上，在每根纵导轨9两侧对称的底座8上分别装有第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有三坐标精密定位的激光多普勒测速装置，它包含：框架(1)、第一超声电机(2)、第二超声电机(3)、光栅尺、光栅读数器(4)、气缸配重器(5)、多普勒激光测速仪(6)、竖导轨(7)、底座(8)、纵导轨(9)、横导轨(10)、竖板(11)、连接板(12)、第三超声电机(13)和控制器(14)，所述框架(1)为由二个对称边(15)和顶边(16)组成的三边矩形，在二个对称边(15)底部分别固定有一根与对称边(15)垂直的纵导轨(9)，其特征在于：每根纵导轨(9)分别装在一个底座(8)上，在每根纵导轨(9)两侧对称的底座(8)上分别装有第一超声电机(2)，两个第一超声电机(2)驱动纵导轨(9)使其沿着底座(8)前、后纵向移动，沿着每根纵导轨(9)纵向上贴有光栅尺，在每个底座(8)上分别装有一个光栅读数器(4)；在顶边(16)上装有沿着顶边(16)的横导轨(10)，在横导轨(10)两侧对称的顶边(16)上分别装有一个第三超声电机(13)，两个第三超声电机(13)驱动横导轨(10)使其沿着顶边(16)左、右横向移动，沿着横导轨(10)的横向上贴有光栅尺，在顶边(16)上装有一个光栅读数器(4)；在横导轨(10)上固定有连接板(12)，连接板(12)两端跨过横导轨(10)，在连接板(12)一端固定有平行于对称边(15)的竖板(11)，在竖板(11)的左右对称位置上分别装有一个第二超声电机(3)，在两个第二超声电机(3)之间装有竖导轨(7)，两个第二超声电机(3)驱动纵导轨(7)沿着竖板(11)上、下移动，在竖导轨(7)的下端装有多普勒激光测速仪(6)，沿着纵导轨(7)的竖向上贴有光栅尺，在竖板(11)上装有一个光栅读数器(4)，在连接板(12)另一端固定有气缸配重器(5)；控制器(14)分别与第一超声电机(2)、第二超声电机(3)、第三超声电机(13)和各光栅读数器(4)相连。/n...
【技术特征摘要】
1.一种具有三坐标精密定位的激光多普勒测速装置，它包含：框架(1)、第一超声电机(2)、第二超声电机(3)、光栅尺、光栅读数器(4)、气缸配重器(5)、多普勒激光测速仪(6)、竖导轨(7)、底座(8)、纵导轨(9)、横导轨(10)、竖板(11)、连接板(12)、第三超声电机(13)和控制器(14)，所述框架(1)为由二个对称边(15)和顶边(16)组成的三边矩形，在二个对称边(15)底部分别固定有一根与对称边(15)垂直的纵导轨(9)，其特征在于：每根纵导轨(9)分别装在一个底座(8)上，在每根纵导轨(9)两侧对称的底座(8)上分别装有第一超声电机(2)，两个第一超声电机(2)驱动纵导轨(9)使其沿着底座(8)前、后纵向移动，沿着每根纵导轨(9)纵向上贴有光栅尺，在每个底座(8)上分别装有一个光栅读数器(4)；在顶边(16)上装有沿着顶边(16)的横导轨(10)，在横导轨(10)两侧对称的顶边(16)上分别装有一个第三超声电机(13)，两个第三超声电机(13)驱动横导轨(10)使其沿着顶边(16)左、右横向移动，沿着横导轨(10)的横向上贴有光栅尺，在顶边(16)上装有一个光栅读数器(4)；在横导轨(10)上固定有连接板(12)，连接板(12)两端跨过横导轨(10)，在连接板(12)一端固定有平行于对称边(15)的竖板(11)，在竖板(11)的左右对称位置上分别装有一个第二超声电机(3)，在两个第二超声电机(3)之间装有竖导轨(7)，两个第二超声电机(3)驱动纵导轨(7)沿着竖板(11)上、下移动，在竖导轨(7)的下端装有多普勒激光测速仪(6)，沿着纵导轨(7)的竖向上...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳琪，张国城，沈上圯，赵晓宁，郑斯刚，胡博，
申请(专利权)人：北京市计量检测科学研究院北京市能源计量监测中心，
类型：发明
国别省市：北京;11
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