全光纤激光多普勒三维测振仪制造技术

本发明专利技术属于激光测试领域，具体涉及全光纤激光多普勒三维测振仪。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方向测量组件分别测得振动物体三维方向振动速度。本发明专利技术通过各个组件组合完成振动物体三位方向振动速度测量。本发明专利技术应用于激光测试领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光测试领域，尤其是涉及全光纤激光多普勒三维测振仪。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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。所述组合式光纤探头包括第一探头1、第二探头2、第三探头3、第四探头4、第五探头5、支架6，所述第一探头、第二探头、第三探头、第四探头、第五探头由支架固定，第一探头1、第二探头2、第三探头3、第四探头4、第五探头5位于与Z方向垂直的平面上，第二探头2、第三探头3、第四探头4、第五探头5分别对称设置在第一探头1周围，第二探头2、第一探头1、第四探头4形成一条以第一探头1为中点的直线；第三探头3、第一探头1、第五探头5形成一条以第一探头1为中点的直线，并且第三探头3、第一探头1、第五探头5形成的直线与第二探头2、第一探头1、第四探头4形成的直线垂直，所述第一探头1为组合式光纤探头第一端口，第二探头2为组合式光纤探头第二端口，第三探头3为组合式光纤探头第三端口，第四探头4为组合式光纤探头第四端口，第五探头5为组合式光纤探头第五端口， 所述第一探头1与波分复用器连接，所述第二探头2、所述第四探头4分别与第一光纤耦合器连接，所述第三探头3，所述第五探头5分别与第二光纤耦合器连接。所述第二探头2与第四探头4沿Z方向夹角为Θ，所述θ为1。 45°，第三探头3与第五探头5沿Z方向夹角为θ，所述θ为1° 45°。所述第一光纤信号处理模块、第二光纤信号处理模块、第三光纤信号处理模块、第四光纤信号处理模块分别包括光纤放大器，用于对光纤信号进行放大处理；光纤滤波器，用于对光纤放大器输出信号进行滤波处理；光纤衰减器，用于对光纤滤波器输出信号进行衰减处理；光电转换器，用于对光纤衰减器输出信号进行光电信号转换；光电转换器输出的信号发送给示波器进行存储显示。所述Z方向测量组件还包括第一可见光激光器，用于发射Z方向激光光束，并依次通过波分复用器、组合式光纤探头第一端口后形成振动物体测量点；所述X方向测量组件还包括第二可见光激光器，用于发射X方向激光光束，并通过第一光纤耦合器后，再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形成与第一可见光激光器测量点重合的测量点；所述Y方向测量组件还包括第三可见光激光器，用于发射Y方向激光光束，并通过第二光纤耦合器后，再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形成与第一可见光激光器测量点重合的测量点。所述若第一光纤耦合器、第二光纤耦合器为3*3单模光纤耦合器，则相位差为T为 120°，所述3*3单模光纤耦合器输出端的分光比为1:1:1 ；若所述第一光纤耦合器、第二光纤耦合器为4*4单模光纤耦合器，则相位差为T为90°。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是1)本专利技术采用的是光纤结构，因此结构紧凑、小巧、采用光通信行业发展成熟的器件， 因此价格便宜。2)本专利技术通过Z方向测量组件、X方向测量组件、Y方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王德田，陈光华，李泽仁，彭其先，刘寿先，邓向阳，刘乔，刘俊，孟建华，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：