專利名稱：數(shù)字激光圖像測(cè)振儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量振動(dòng)的測(cè)量器具，更特別的是指一種具有高頻(0.01HZ～10KHZ)、大幅度(0.001～20mm)振動(dòng)參數(shù)測(cè)量范圍的非接觸激光測(cè)振儀。本儀器采用了對(duì)接收的圖像信息通過(guò)抗干擾算法、信號(hào)重構(gòu)算法、濾波算法、信號(hào)變換算法得到檢測(cè)結(jié)果，改變了一般非接觸激光測(cè)振只能用于低頻、小信號(hào)測(cè)振的局面，可以用來(lái)代替一般的常用接觸式旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷儀器，其測(cè)量范圍完全可以達(dá)到使用需要。
背景技術(shù)：
測(cè)振儀作為振動(dòng)測(cè)試和分析最常用的工具廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，研制和開(kāi)發(fā)非接觸、強(qiáng)功能、成本低、體積小、重量輕的便攜式非接觸智能測(cè)振儀具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)于便攜式非接觸測(cè)振儀，從技術(shù)角度而言，考慮硬件的體積、成本、重量等物理因素，必不可少的環(huán)節(jié)是振動(dòng)信號(hào)的非接觸傳遞方式，光學(xué)效應(yīng)是常見(jiàn)的非接觸測(cè)量方法，但是，由于光學(xué)干涉信號(hào)的復(fù)雜性，以及現(xiàn)代光學(xué)和電子器件的局限性，使得一般的激光非接觸測(cè)振范圍非常有限，它們檢測(cè)的振動(dòng)頻率在幾百赫茲以下，振幅范圍為微米數(shù)量級(jí)，因此，常規(guī)的振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)始終難以使用激光非接觸測(cè)量方法，這一領(lǐng)域一直各種接觸式測(cè)量方法的天下。本發(fā)明提出一種具有高頻、大幅值測(cè)量范圍的非接觸激光測(cè)量方法，通過(guò)特殊的硬件結(jié)構(gòu)和軟件處理算法，使得非接觸激光測(cè)振范圍可以達(dá)到常規(guī)測(cè)量范圍，例如，頻率在幾千赫茲，幅值在幾十毫米數(shù)量級(jí)，同時(shí)，不增加儀器的硬件成本。所以，本發(fā)明對(duì)于數(shù)字信號(hào)處理方法在非接觸測(cè)振方法中的應(yīng)用具有深刻的理論意義，對(duì)于常規(guī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的非接觸故障診斷的振動(dòng)檢測(cè)應(yīng)用具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。另外，通過(guò)對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行折疊處理實(shí)現(xiàn)冗余采集，再利用數(shù)字濾波消除采樣混疊的方法，也為直接利用光學(xué)傳感信息實(shí)現(xiàn)抗混淆提供了基本方法。同時(shí)，電源管理的“零”功耗化，電路布局的緊湊化，使在硬件資源有限的情況下，考慮軟件的性能、功能、效率，必須面對(duì)的問(wèn)題是非接觸振動(dòng)信號(hào)的提取、高精度振動(dòng)參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)、多功能儀器管理的合理組織、高效率信號(hào)處理算法的實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種以MC9328MXL為核心CPU的非接觸激光測(cè)振儀器。
本發(fā)明的另一目的是提供一種采用基于非接觸激光測(cè)振的光路和電路結(jié)合的振動(dòng)信號(hào)采集方法。利用高性能信號(hào)重構(gòu)算法、高性能數(shù)字濾波器，重構(gòu)振動(dòng)信號(hào)，消除噪聲影響，并實(shí)現(xiàn)硬件結(jié)構(gòu)的微功耗待機(jī)，軟件控制的零功耗調(diào)度的低功耗的檢測(cè)結(jié)果的測(cè)振裝置。
本發(fā)明的一種數(shù)字激光圖像測(cè)振儀，包括CPU、激光發(fā)射器、光路、攝像頭、視頻接口電路、顯示電路、電源電路。其激光發(fā)射器與CPU相連，發(fā)射的激光束通過(guò)邁克爾干涉儀將檢測(cè)的振動(dòng)光學(xué)信號(hào)反射到攝像頭上，攝像頭與CPU的視頻轉(zhuǎn)換模塊相連，CPU電路分別與電源管理電路、顯示器、鍵盤、可編程只讀存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器相連接。
所述的數(shù)字激光圖像測(cè)振儀，攝像頭采集振動(dòng)干涉圖像，并將其圖像信息實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)至CPU的存儲(chǔ)器中；CPU控制激光發(fā)射器發(fā)射時(shí)間、強(qiáng)弱。
所述的數(shù)字激光圖像測(cè)振儀，設(shè)有RS232接口。可以通過(guò)該接口實(shí)現(xiàn)同PC機(jī)或上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可適用于高頻(幾千赫茲數(shù)量級(jí))、大幅值(毫米數(shù)量級(jí))的激光非接觸測(cè)振，擴(kuò)展了光學(xué)非接觸測(cè)振的測(cè)量范圍，使得的常規(guī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)故障診斷也可以使用非接觸檢測(cè)方法。同時(shí)，電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小、重量輕、低功耗、低成本，是一種高性能非接觸數(shù)字化檢測(cè)儀器。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是光路與攝像頭、CPU的連接示意圖。
圖3是本發(fā)明的控制流程框圖。
圖4是本發(fā)明CPU電路原理圖。
圖5是本發(fā)明存儲(chǔ)器電路原理圖。
圖6是本發(fā)明串口、系統(tǒng)電源電路圖。
圖7是本發(fā)明CPU接口電路圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
本發(fā)明的一種數(shù)字激光圖像測(cè)振儀，首先根據(jù)Michelson激光干涉原理，把入射光分為參考光和測(cè)量光，測(cè)量光從振動(dòng)面反射回來(lái)與參考光干涉，并通過(guò)光闌2去燥后在攝像頭上得到干涉圖像，攝像頭將干涉光強(qiáng)圖像轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，輸出給CPU，CPU通過(guò)攝像頭的驅(qū)動(dòng)程序獲得激光干涉圖像的數(shù)字信號(hào)，并將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。當(dāng)采集一段時(shí)間以后，得到一系列的干涉圖像信息，CPU對(duì)采集的信息進(jìn)行變換、重構(gòu)、二次采樣、微分得到物體振動(dòng)的位移、速度、加速度等振動(dòng)物理量的頻率和振幅，并將其顯示在LCD上。CPU還可通過(guò)串口將處理得到的數(shù)據(jù)上傳至PC機(jī)中去，這些操作可以通過(guò)鍵盤進(jìn)行設(shè)置和控制。
軟件模塊由三大部分組成嵌入式LinuxOS、測(cè)振系統(tǒng)初始化以及三重采樣法數(shù)字信號(hào)處理。嵌入式Linux OS提供了一個(gè)簡(jiǎn)捷強(qiáng)大的用戶操作環(huán)境、內(nèi)存管理環(huán)境和復(fù)雜計(jì)算環(huán)境；初始化模塊為后續(xù)的視頻采集、數(shù)據(jù)傳輸以及LCD顯示、上下位機(jī)通信做必要準(zhǔn)備工作；三重采樣法信號(hào)處理算法可以通過(guò)普通CMOS數(shù)字?jǐn)z像頭從帶寬幾兆級(jí)別的寬帶調(diào)頻光強(qiáng)信號(hào)中提取出被測(cè)振動(dòng)信號(hào)的頻率和幅值。
在本發(fā)明中，CPU與攝像頭和激光發(fā)射器連接，所述攝像頭采集經(jīng)光路處理后的振動(dòng)干涉圖像，并將其圖像信息輸出至CPU的CSI模塊，CSI模塊對(duì)接收的振動(dòng)干涉圖像信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將其輸出至CPU配置的存儲(chǔ)器，CPU對(duì)接收的電信號(hào)通過(guò)抗干擾算法、信號(hào)重構(gòu)算法、濾波算法、信號(hào)變換算法得到檢測(cè)結(jié)果，并將其結(jié)果輸出至顯示器進(jìn)行顯示；所述激光發(fā)射器發(fā)射時(shí)間、強(qiáng)弱通過(guò)CPU控制，其激光發(fā)射器發(fā)射的光信號(hào)，使發(fā)射的激光束與被測(cè)振動(dòng)面的振動(dòng)波發(fā)生干涉，干涉信號(hào)通過(guò)反射光路返回到攝像頭。參見(jiàn)圖1、2所示。
請(qǐng)參見(jiàn)圖3所示，本發(fā)明的控制流程為系統(tǒng)初始化，判斷測(cè)量的按鍵是否按下，若未按下，則繼續(xù)查詢，若按下，測(cè)進(jìn)行測(cè)量，如驅(qū)動(dòng)激光發(fā)射器發(fā)射激光，驅(qū)動(dòng)攝像頭，采樣激光干涉圖像，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，當(dāng)采集圖像達(dá)到設(shè)定值時(shí)，對(duì)采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理，包括變換、重構(gòu)、二次采樣、微分得到物體振動(dòng)的位移、速度、加速度等振動(dòng)物理量的頻率和振幅，將測(cè)量結(jié)果顯示到LCD上，再判斷測(cè)量是否停止，如果不停止，則重復(fù)上述過(guò)程繼續(xù)循環(huán)測(cè)量，如果停止，則結(jié)束測(cè)量。
CPU采用Motorola公司的MC9328MXL芯片，BGA封裝，共有256個(gè)端子。在該裝置中由于攝像頭采集的振動(dòng)干涉圖像為實(shí)時(shí)采集實(shí)時(shí)存儲(chǔ)方式，故對(duì)于該芯片配置有2塊程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。其各端子聯(lián)接如下MC9328MXL U1的電源輸入K8、H5、J5、K5、H6、J6、L6、J8、K10、K9、A10、A6端接+3.3V電源，電源輸入H9、R15、J15、A13端接+1.8V電源，地輸入A1、T1、K6、M6、H7、J7、K7、L7、J10、J9、A7、A4端接數(shù)字地，H8、T16、J16、B13接模擬地；系統(tǒng)電源U3的輸入電壓+5V，輸出3.3V和1.8V分別提供給U1的3.3V和1.8V的電壓輸入端。
U1的地址線輸出T2、P1、N1、M1、M4、L2、L1、K3、K1、J2、J1、H1、H3、G1、F5、G2、F1、F4、E1端分別接程序存儲(chǔ)器U6和U7的25、24、23、22、21、20、19、18、8、7、6、5、4、3、2、1、48、17、16端，T2、P1、N1、M1、M4、L2、L1、K3、K1、J2、J1、H1端分別接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8和U9的23、24、25、26、29、30、31、32、33、35、20、21端，M8端接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8的34端，T8端接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U9的22端，數(shù)據(jù)線低16位R9、N8、P7、D2、N6、R6、P5、N4、R5、P2、N3、M3、M2、L3、L5、L4端分別接程序存儲(chǔ)器U6的29、31、33、35、38、40、42、44、30、32、34、36、39、41、43、45端，同時(shí)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8的2、4、5、7、8、10、11、13、42、44、45、47、48、50、51、53端連接，數(shù)據(jù)線高16位K2、K4、J3、J4、H4、G5、H2、G4、G3、F3、E4、F2、E3、D3、D2、C2端分別接程序存儲(chǔ)器U7的29、31、33、35、38、40、42、44、30、32、34、36、39、41、43、45端，同時(shí)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U9的2、4、5、7、8、10、11、13、42、44、45、47、48、50、51、53端連接，T3端分別接程序存儲(chǔ)器U6和程序存儲(chǔ)器U7的28端接，P4端分別接程序存儲(chǔ)器U6和程序存儲(chǔ)器U7的26端接，T10端分別接程序存儲(chǔ)器U6和U7的11端，N10端分別接程序存儲(chǔ)器U6和U7的12端，程序存儲(chǔ)器U6和U7的37、47端同時(shí)與系統(tǒng)電源U3的17端連接，程序存儲(chǔ)器U6和U7的46、27端分別接數(shù)字地，U1的M5端分別接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8和U9的38端，R11端分別接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8和U9的37端，T10端分別接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8和U9的16端，L8端分別接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8和U9的17端，M9端分別接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8和U9的18端，T5端分別接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8和U9的19端，R10端接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8的15端，N9端接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8的39端，T9端接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U9的15端，P9端接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U9的39端。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8和U9的1、14、27、3、9、49、43端接系統(tǒng)電源U3的17端，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8和U9的41、28、54、6、12、46、52端接數(shù)字地。
在本發(fā)明中，對(duì)U1配置有專門的復(fù)位電路，U1的復(fù)位信號(hào)由三態(tài)門U4和復(fù)位U5產(chǎn)生，U1的M10端接到U4的3端，U4的3端和6端通過(guò)上拉電阻R6、R7接到+3.3V電源，3端接U1的復(fù)位信號(hào)M10端，2和5端接數(shù)字地，1和4端都接到U5的7端；U5的2端接U3的17端，3和4端接數(shù)字地，1端通過(guò)按鍵S4接到地。
U1上的LCD數(shù)據(jù)線H11、G16、H12、H16、H13、H14、J11、J12、J13、H15、K11、J14、K12、K13、K14、K16端接到JP2的25、10、9、8、7、26、27、14、13、12、11、29、18、17、16、15端，G15接到JP2的4端，G14接到JP2的5端，F(xiàn)15接到JP2的6端，G13接到JP2的3端、G12接到JP2的19端，F(xiàn)16接到JP2的21端，F(xiàn)12接到JP2的22端，H10接到JP2的23端，G11接到JP2的24端，JP2的1端接U3的1端，2端接數(shù)字地。
U1的攝像頭(CSI)的數(shù)據(jù)線L13、L14、M12、M16、M15、N14、L15、L16接到JP1的3、5、7、9、11、13、15、17端，L12端接到JP1的4端，M14接到JP1的6端，R7接到JP1的8端，P14接到JP1的10端，P15接到JP1的12端，M14接到JP1的14端，T4接到JP1的16端，N13接到JP1的18端，JP1的1端接U3的17端，2端接數(shù)字地。
U1的P14端接鍵盤U10的22端，P15端接U10的23端，P6端通過(guò)電阻R1接U10的1端實(shí)現(xiàn)中斷。U1的4～11端接到鍵盤接口JP3的1～8端。U1的3、2、21通過(guò)電阻R2接系統(tǒng)電源U3的17端，12端接數(shù)字地，24端接系統(tǒng)電源U3的17端，4～7端通過(guò)排電阻RP1和C3、C4、C5、C6分別接系統(tǒng)電源U3的17端。
U1的P12接到開(kāi)關(guān)組S2的1端，R13接到S2的2端，N12接到S2的3端，P11接到S2的4端，T13接到S2的5端，M11接到S2的6端，U1的P12、R13、N12、P11、T13、M11端同時(shí)通過(guò)電阻排R10的14～9端相連并接3.3V電源，S2的7、8、9、10、11、12接數(shù)字地。
U1的C9端接通訊接口U2的4端，G8端接U2的3端，A8端接U2的6端，A9端接U2的1端；通訊接口U2的7、19、8、20端分別接串口J1的2、8、7、3端，U2的13和14端之間接電容C12，15和16端接電容C11端，9端接+3.3V電源，11、12端分別通過(guò)電容C13、C14接數(shù)字地，10和15端通過(guò)S1接地，17端通過(guò)電容C15接地，U2的7、19、8、20端分別通過(guò)電容C17、C18、C19、C16接數(shù)字地。J1的5端接地。
U1的N7端接U7的5端。U7的1端接5V電源，2端接到JP5的1端，5端通過(guò)上拉電阻R11接+3.3V電源，2端經(jīng)電感L1反饋給4端，JP5的2端接地。
下面對(duì)本發(fā)明的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行況明(一)攝像頭的選擇按照制作工藝分，攝像頭主要有CCD和CMOS兩種。由于CCD攝像器件有光照靈敏度高、噪聲低、像元尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，所以一直主宰著圖像傳感器市場(chǎng)。然而隨著標(biāo)準(zhǔn)CMOS大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，過(guò)去CMOS圖像攝像頭制造工藝中不易解決的技術(shù)難關(guān)現(xiàn)在都能找到相應(yīng)解決的途徑，從而大大改善了CMOS圖像攝像頭的圖像質(zhì)量，圖像攝像頭的高度集成化減小了系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低了制造成本，僅為普通CCD圖像攝像器件的二十分之一，對(duì)獲得的圖像信息讀出及處理變得簡(jiǎn)單而快捷，能設(shè)計(jì)出更靈巧的小型成像系統(tǒng)，它具有單一工作電壓(電源電壓為3.3V或5V)、功耗低(僅為普通CCD圖像傳感器的十分之一)、像素缺陷率低(僅為普通CCD圖像攝像器的二十分之一)、可與其它的CMOS集成電路兼容，對(duì)局部像素圖像的編程可隨機(jī)訪問(wèn)等優(yōu)點(diǎn)。由于研究人員的不懈努力以及CMOS制造工藝的長(zhǎng)足進(jìn)步，CMOS圖像傳感器的性能指標(biāo)已可接近甚至超過(guò)CCD圖像攝像頭，而其結(jié)構(gòu)緊湊、供電簡(jiǎn)單、成本低廉等固有的優(yōu)點(diǎn)更可為其拓展廣闊的應(yīng)用空間。所以本設(shè)計(jì)采用了CMOS攝像頭。鑒于本系統(tǒng)對(duì)圖樣分辨率要求不高，可以選用CSEM公司的APS64lin，分辨率為64×64。
(二)CPU芯片選擇DragonBall(龍珠)MXL是Motorola生產(chǎn)的基于ARM920T內(nèi)核的微處理器，主頻最高可達(dá)200MHz。ARM920T體系結(jié)構(gòu)的處理器有主要以下特點(diǎn)支持32位的RISC(精簡(jiǎn)指令集處理器)，五級(jí)流水線操作，內(nèi)存管理器單元支持Linux、WinCE、Symbian等操作系統(tǒng)，具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和指令緩存，具有ETM(Embedded Trace Macrocell)接口，可以使用標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口進(jìn)行調(diào)試。關(guān)鍵的一點(diǎn)是，AM體系在保證高性能高可靠性的同時(shí)盡可能地減少了芯片的體積和功耗。
在本發(fā)明中，采用的MC9328MXL芯片上擴(kuò)充了很多集成的功能模塊，比如LCD控制器、SDRAM控制器、CMOS攝像頭接口(CSI)、UART串口等，使得用它來(lái)構(gòu)建嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)非常便利，而且很適合于本激光測(cè)振系統(tǒng)的場(chǎng)合。
(三)視頻采集與CPU的接口本系統(tǒng)圖像采集使用的是CMOS攝像頭，輸入一路主時(shí)鐘和一路I2C的串行控制信號(hào)；輸出三路視頻時(shí)鐘和8位數(shù)字圖像信號(hào)；而MC9328MXL片內(nèi)集成了CSI接口，可以通過(guò)配置該端口以及I2C端口直接驅(qū)動(dòng)攝像頭采集振動(dòng)干涉圖像，將信息數(shù)據(jù)輸出到CSI內(nèi)部FIFO高速緩存中，供內(nèi)核直接讀取，或者以DMA方式存儲(chǔ)到外擴(kuò)的RAM或者Flash中。
(四)外擴(kuò)存儲(chǔ)器MC9328MXL芯片有128K的SRAM以及各16KB的指令和數(shù)據(jù)Cache，如果要系統(tǒng)得以運(yùn)作的話，必須外擴(kuò)存儲(chǔ)器。MXL為外擴(kuò)存儲(chǔ)器提供了良好的接口和靈活的尋址方式。根據(jù)功能需求，本系統(tǒng)外擴(kuò)了2個(gè)2M×16bit的Flash，以及2個(gè)4Band×1M×16bit的SDRAM。
(五)電源設(shè)計(jì)系統(tǒng)電源采用TPS37HD318芯片，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)主要通過(guò)以下手段降低功耗，提高待機(jī)時(shí)間采用低功耗，優(yōu)化硬件設(shè)計(jì)，盡可能減少器件數(shù)量，并選用低功耗器件盡量用軟件實(shí)現(xiàn)功能，保證速度和功耗的性能優(yōu)化。
在電源管理時(shí)的基本任務(wù)則可歸結(jié)為避免不必要的能耗以延長(zhǎng)電池的壽命。降低功耗主要從控制關(guān)機(jī)時(shí)和開(kāi)機(jī)時(shí)的耗電量?jī)蓚€(gè)方面考慮。
為了降低成本、減小體積和提高可靠性，在便攜式產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，通——斷機(jī)械開(kāi)關(guān)被采用得越來(lái)越少，而且現(xiàn)代的儀器通常都要求有自動(dòng)關(guān)機(jī)功能，所以在本設(shè)計(jì)中沒(méi)有使用通斷型機(jī)械開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)電源的關(guān)斷，而是使用一個(gè)瞬時(shí)接通的按鈕和一個(gè)簡(jiǎn)單的邏輯電路實(shí)現(xiàn)手動(dòng)關(guān)機(jī)和自動(dòng)關(guān)機(jī)功能。
本發(fā)明的測(cè)振儀經(jīng)測(cè)試其技術(shù)指標(biāo)為測(cè)量范圍位移0.001～20.0mm，速度0.010～1200cm/s，加速度0.100～1500m/s2，頻率范圍位移1Hz～10kHz，速度1Hz～10kHz，加速度1Hz～10kHz，允許誤差幅值線性相對(duì)誤差≤±5％±2個(gè)數(shù)，參考靈敏度不確定度≤3％，具有存儲(chǔ)功能，可存儲(chǔ)100個(gè)測(cè)試點(diǎn)，具有刪除功能，對(duì)存儲(chǔ)測(cè)試值可任意刪除，可設(shè)置測(cè)量界限，對(duì)界限外測(cè)量值自動(dòng)報(bào)警，公英制轉(zhuǎn)換，連續(xù)工作時(shí)間48小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字激光圖像測(cè)振儀，至少有CPU、顯示器、鍵盤、系統(tǒng)電源，以及通過(guò)邁克爾干涉儀原理構(gòu)成的光路，其特征在于還包括激光發(fā)射器、攝像頭，CPU與攝像頭和激光發(fā)射器連接，所述攝像頭采集經(jīng)光路處理后的振動(dòng)干涉圖像，并將其圖像信息輸出至CPU的CSI模塊，CSI模塊對(duì)接收的振動(dòng)干涉圖像信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將其輸出至CPU配置的存儲(chǔ)器，CPU對(duì)接收的電信號(hào)通過(guò)抗干擾算法、信號(hào)重構(gòu)算法、濾波算法、信號(hào)變換算法得到檢測(cè)結(jié)果，并將其結(jié)果輸出至顯示器進(jìn)行顯示；所述激光發(fā)射器發(fā)射時(shí)間、強(qiáng)弱通過(guò)CPU控制，其激光發(fā)射器發(fā)射的光信號(hào)，使發(fā)射的激光束與被測(cè)振動(dòng)面的振動(dòng)波發(fā)生干涉，干涉信號(hào)通過(guò)反射光路返回到攝像頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字激光圖像測(cè)振儀，其特征在于硬件電路采用數(shù)字電路，CPU采用MC9328MXL芯片，系統(tǒng)電源采用TPS73HD318芯片，存儲(chǔ)器采用2塊程序存儲(chǔ)器AM29LV320MT芯片，2塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器HY57V641620芯片，復(fù)位電路由復(fù)位芯片和三態(tài)門芯片組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字激光圖像測(cè)振儀，其特征在于設(shè)有RS232接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字激光圖像測(cè)振儀，其特征在于U1的電源輸入K8、H5、J5、K5、H6、J6、L6、J8、K10、K9、A10、A6端接+3.3V電源，電源輸入H9、R15、J15、A13端接+1.8V電源，地輸入A1、T1、K6、M6、H7、J7、K7、L7、J10、J9、A7、A4端接數(shù)字地，H8、T16、J16、B13接模擬地，U1的地址線輸出T2、P1、N1、M1、M4、L2、L1、K3、K1、J2、J1、H1、H3、G1、F5、G2、F1、F4、E1端分別接程序存儲(chǔ)器U6和U7的25、24、23、22、21、20、19、18、8、7、6、5、4、3、2、1、48、17、16端，T2、P1、N1、M1、M4、L2、L1、K3、K1、J2、J1、H1端分別接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8和U9的23、24、25、26、29、30、31、32、33、35、20、21端，M8端接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8的34端，T8端接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U9的22端，數(shù)據(jù)線低16位R9、N8、P7、D2、N6、R6、P5、N4、R5、P2、N3、M3、M2、L3、L5、L4端分別接程序存儲(chǔ)器U6的29、31、33、35、38、40、42、44、30、32、34、36、39、41、43、45端，同時(shí)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8的2、4、5、7、8、10、11、13、42、44、45、47、48、50、51、53端連接，數(shù)據(jù)線高16位K2、K4、J3、J4、H4、G5、H2、G4、G3、F3、E4、F2、E3、D3、D2、C2端分別接程序存儲(chǔ)器U7的29、31、33、35、38、40、42、44、30、32、34、36、39、41、43、45端，同時(shí)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U9的2、4、5、7、8、10、11、13、42、44、45、47、48、50、51、53端連接，T3端分別接程序存儲(chǔ)器U6和程序存儲(chǔ)器U7的28端接，P4端分別接程序存儲(chǔ)器U6和程序存儲(chǔ)器U7的26端接，T10端分別接程序存儲(chǔ)器U6和U7的11端，N10端分別接程序存儲(chǔ)器U6和U7的12端，程序存儲(chǔ)器U6和U7的37、47端同時(shí)與系統(tǒng)電源U3的17端連接，程序存儲(chǔ)器U6和U7的46、27端分別接數(shù)字地，U1的M5端分別接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8和U9的38端，R11端分別接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8和U9的37端，T10端分別接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8和U9的16端，L8端分別接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8和U9的17端，M9端分別接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8和U9的18端，T5端分別接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8和U9的19端，R10端接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8的15端，N9端接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8的39端，T9端接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U9的15端，P9端接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U9的39端。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8和U9的1、14、27、3、9、49、43端接系統(tǒng)電源U3的17端，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U8和U9的41、28、54、6、12、46、52端接數(shù)字地。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字激光圖像測(cè)振儀，其特征在于對(duì)U1配置有復(fù)位電路，U1的復(fù)位信號(hào)由三態(tài)門U4和復(fù)位U5產(chǎn)生，U1的M10端接到U4的3端，U4的3端和6端通過(guò)上拉電阻R6、R7接到+3.3V電源，3端接U1的復(fù)位信號(hào)M10端，2和5端接數(shù)字地，1和4端都接到U5的7端；U5的2端接U3的17端，3和4端接數(shù)字地，1端通過(guò)按鍵S4接到地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字激光圖像測(cè)振儀，其特征在于攝像頭對(duì)振動(dòng)干涉圖像采用實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)下傳方式提供給CPU。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字激光圖像測(cè)振儀，其特征在于CPU采用變采樣間隔的方式進(jìn)行信號(hào)重構(gòu)，獲得信號(hào)的振動(dòng)參數(shù)，增加測(cè)量的范圍，頻帶增寬。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字激光圖像測(cè)振儀，其特征在于測(cè)量范圍位移0.001～20.0mm，速度0.010～1200cm/s，加速度0.100～1500m/s2，頻率范圍位移1Hz～10kHz，速度1Hz～10kHz，加速度1Hz～10kHz。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種數(shù)字激光圖像測(cè)振儀，包括CPU、激光發(fā)射器、攝像頭、顯示器、鍵盤、系統(tǒng)電源。其激光發(fā)射器發(fā)射的信號(hào)，通過(guò)邁克爾干涉儀原理構(gòu)成的光路，使發(fā)射的激光束與被測(cè)振動(dòng)面的振動(dòng)波發(fā)生干涉，干涉信號(hào)通過(guò)反射光路返回到攝像頭，攝像頭與視頻轉(zhuǎn)換電路相連，將干涉光強(qiáng)的變化信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳輸?shù)紺PU，CPU對(duì)接收的電信號(hào)通過(guò)抗干擾算法、信號(hào)重構(gòu)算法、濾波算法、信號(hào)變換算法得到檢測(cè)結(jié)果。CPU采用Motorola的龍珠MXL為信號(hào)處理核心的電路設(shè)計(jì)方案。本發(fā)明的測(cè)振儀不同于常規(guī)激光測(cè)振只能局限于低頻(幾百赫茲以下)、小幅值(微米級(jí)以下)的測(cè)振限制，實(shí)現(xiàn)了滿足常規(guī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷需求的高頻(幾千赫茲數(shù)量級(jí))、大幅值(毫米數(shù)量級(jí))的激光非接觸測(cè)振，電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小、重量輕、低功耗、低成本，是一種高性能非接觸數(shù)字化檢測(cè)儀器。
文檔編號(hào)G01H9/00GK1584517SQ20041000920
公開(kāi)日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月15日
發(fā)明者鄭紅, 姚俊, 孫曉濤, 李子鵬 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)