專利名稱：激光多普勒瞬時(shí)測速儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于測試旋轉(zhuǎn)類機(jī)械瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的裝置，特別適用于微特電機(jī)等的穩(wěn)定性的測試。
目前測試旋轉(zhuǎn)類機(jī)械轉(zhuǎn)速的儀表很多，但一般只能測定一定時(shí)間間隔(一秒或更短時(shí)間)的平均轉(zhuǎn)速，如光電測速儀、閃光測速儀和光脈沖測速儀等。在提高瞬時(shí)性上，一般可用光柵盤測速儀和激光多普勒測速儀，但采用光柵盤測速技術(shù)要在被測對象上安裝光柵盤，這對測量的精度有一定影響；而采用激光多普勒測速技術(shù)，由于它是非接觸測量，被測對象又不需附加任何裝置，因此對提高測速的瞬時(shí)性是很適宜的。目前見到的激光多普勒測速儀(如瑞典DANTEC公司產(chǎn)品)，其選取的時(shí)間間隔為10－3s量級，這對于象微特電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性這種高性能測試要求還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。
本實(shí)用新型的目的就是要獲得時(shí)間間隔為10－6s量級的瞬時(shí)測速裝置，以便對轉(zhuǎn)速有高度穩(wěn)定性要求的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)給以有效的測試和監(jiān)視。
為了以上目的，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了有關(guān)的電子系統(tǒng)，它由前置放大器、濾波、選頻放大器和相關(guān)檢測器組成，用相關(guān)檢測方法，通過對激光多普勒頻移的周期正確測定，從而測得被測對象的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。
由于取樣的時(shí)間間隔更短，轉(zhuǎn)速就更接近真值，對轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性的測試就有了保證。本裝置在旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)一周內(nèi)可以獲取幾百至幾千個(gè)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)(每個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔達(dá)到10－6s量級)，最后測出的轉(zhuǎn)速可在微機(jī)屏幕上顯示，并可打印出有關(guān)數(shù)據(jù)。
附

圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)方框圖。
附圖2是前置放大器的原理圖。
附圖3是相關(guān)檢測器的原理圖。
下面結(jié)合本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，再給以具體說明。
從He－Ne激光器1發(fā)射的激光，用分束鏡3分成強(qiáng)度相同、符合相干條件的兩激光束，一束經(jīng)反射鏡2反射后和另一束至?xí)弁哥R4使其聚焦到被測旋轉(zhuǎn)體表面的測量點(diǎn)上，由旋轉(zhuǎn)體表面的運(yùn)動(dòng)粒子產(chǎn)生的散射光的多普勒頻移信號，通過接收光路和聚焦鏡5、小孔6送給光電培增管7，從而完成由光信號到電信號的轉(zhuǎn)換接收(以上1－7即組成激光多普勒傳感系統(tǒng))。
多普勒頻移信號的產(chǎn)生可由干涉條紋模型來說明，兩束激光的相交區(qū)里，兩相干光束產(chǎn)生的條紋，其間距為s＝ (λ)/(2sin(α／2))式中λ為所用激光的波長，α為兩相干光束的夾角。當(dāng)旋轉(zhuǎn)體表面的運(yùn)動(dòng)粒子以速度
通過條紋區(qū)時(shí)，如果
的方向和兩光束夾角α平分線的法線間的夾角為β，則粒子會受到光強(qiáng)的調(diào)制，其頻率為fD＝ (vcosβ)/(s) ＝ (2v)/(λ) cosβsin(α／2)這就是差動(dòng)多普勒頻率。
當(dāng)知道信號的頻率fD，就可換算出旋轉(zhuǎn)體上被測點(diǎn)的線速度v，從而計(jì)算出旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。
本實(shí)用新型并不用一般測頻率的方法，而采用相關(guān)檢測方法，進(jìn)行對周期TD的測定，由于fD＝1／TD，從而同樣測出旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。這種方法并可使取樣的時(shí)間間隔達(dá)到10－6s量級。
為此，特設(shè)置了電子系統(tǒng)，它包括前置放大器8、濾波器9、選頻放大器10和相關(guān)檢測器11。
由于待測旋轉(zhuǎn)體表面的粒子分布有差異，粗糙度也不一致，所以存在著受表面粗糙度調(diào)制的、幅度又甚大的低頻信號(基低)，而我們要采取的頻移信號是調(diào)制在這低頻信號上的。要使此多普勒信號能成為被微機(jī)系統(tǒng)所接受的電信號，現(xiàn)用前置放大器(圖2)將從光電倍增管輸出的連續(xù)隨機(jī)振幅的微弱多普勒頻移信號予以放大，并對其進(jìn)行整形、帶通選頻等處理，去掉其基底，然而再給予相關(guān)檢測。
相關(guān)檢測器(圖3)中，BG1和BG2由兩只三極管3DGA6和R1(130Ω)、R2(6.5KΩ)、R3(56KΩ)、R4(75Ω)、R3(12KΩ)、R6(3.5KΩ)、R7(8KΩ)、R8(2.4KΩ)及C3(0.22μf)、 C4(0.22μf)、C5(0.22μf)、C6(0.033μf)組成后置放大器。C1(100μf)、C2(100μf)、C12(100μf)作電源濾波用。IC1和IC2由兩只集成塊MC4066和L1(0.8mH)C7(0.032μf)、L2(0.7mH)、C8(0.022μf)、L3(0.6mH)C8(0.012μf)、L4(0.5mH)C10(0.0047μf)、L5(0.3mH)C11(3000pf)組成選頻放大器，由于本測速儀測定轉(zhuǎn)速范圍寬，為了得到精度高的測定，將全量程轉(zhuǎn)速分成五檔測量，分別為500K、600K、700K、800K及1MHz，各由上述五組電感電容線圈分擔(dān)，K1為速度切換開關(guān)。BG3由三極管3DG12C和C13(0.056μf)、R9(56KΩ)、R10(12KΩ)、R11(5.6KΩ)、R12(2KΩ)及C14(0.056μf)組成整形及電壓放大電路。D1(2CW21G)、C16(47μf)、R16(1.3KΩ)組成穩(wěn)壓電路，C15(47μf)作濾波用。IC3由集成塊MC14574和W1(10KΩ)、R13(10KΩ)、R14(5KΩ)、W2(10KΩ)、R17(10KΩ)、R18(2KΩ)及R15(2.7KΩ)組成雙路電壓比較器，它將由BG3整形過的多普勒信號中任一個(gè)周期的信號，利用閥值電阻W1和W2進(jìn)行低閥值和高閥值的比較，從而得出同一信號波形的二個(gè)比較波形。若這二個(gè)比較波形是屬于同一個(gè)多普勒信號得來的，其周期一定相等；若這二個(gè)比較波形并非是多普勒信號，而是噪聲或弱信號，其周期一定相差甚遠(yuǎn)，因噪聲或弱信號系偶然出現(xiàn)的干攏，在連續(xù)測量中是沒有相干性的。最后輸出的就為一個(gè)高閥值和低閥值的取樣信號。
經(jīng)處理后的多普勒信號，通過接口I／O12，輸給微機(jī)13。接口電路是用TTL集成電路組成的硬件單元，它主要完成數(shù)據(jù)采集與接受控制信號。經(jīng)微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算采集后，便在顯示器14上顯示或通過打印機(jī)15打印成書面資料，16為軟件輸入器。
權(quán)利要求1.一種旋轉(zhuǎn)類機(jī)械瞬時(shí)轉(zhuǎn)速測試裝置，由激光多普勒傳感系統(tǒng)，前置放大器、濾波器、選頻放大器、微機(jī)和顯示、打印系統(tǒng)組成，其特征是在選頻器后聯(lián)接有相關(guān)檢測器。
專利摘要本實(shí)用新型屬于測試旋轉(zhuǎn)類機(jī)械瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的裝置。由激光多普勒傳感系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、微機(jī)和顯示、打印系統(tǒng)組成。其電子系統(tǒng)由前置放大器、濾波、選頻放大器和相關(guān)檢測器組成。它是利用旋轉(zhuǎn)體表面的粒子散射光的激光多普勒頻移信號來測得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，其采樣的時(shí)間間隔為10
文檔編號G01P3/36GK2077128SQ89219248
公開日1991年5月15日 申請日期1989年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1989年12月9日
發(fā)明者奚碧瑾, 胡齊豐, 陸海光, 徐高鉞, 任善瑞, 朱亞軍 申請人:上海交通大學(xué)