专利名称：激光多普勒瞬时测速仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测试旋转类机械瞬时转速的装置，特别适用于微特电机等的稳定性的测试。
目前测试旋转类机械转速的仪表很多，但一般只能测定一定时间间隔(一秒或更短时间)的平均转速，如光电测速仪、闪光测速仪和光脉冲测速仪等。在提高瞬时性上，一般可用光栅盘测速仪和激光多普勒测速仪，但采用光栅盘测速技术要在被测对象上安装光栅盘，这对测量的精度有一定影响；而采用激光多普勒测速技术，由于它是非接触测量，被测对象又不需附加任何装置，因此对提高测速的瞬时性是很适宜的。目前见到的激光多普勒测速仪(如瑞典DANTEC公司产品)，其选取的时间间隔为10－3s量级，这对于象微特电机的转速稳定性这种高性能测试要求还是远远不够的。
本实用新型的目的就是要获得时间间隔为10－6s量级的瞬时测速装置，以便对转速有高度稳定性要求的转动系统给以有效的测试和监视。
为了以上目的，本实用新型设计了有关的电子系统，它由前置放大器、滤波、选频放大器和相关检测器组成，用相关检测方法，通过对激光多普勒频移的周期正确测定，从而测得被测对象的瞬时转速。
由于取样的时间间隔更短，转速就更接近真值，对转速稳定性的测试就有了保证。本装置在旋转体转动一周内可以获取几百至几千个转速数据(每个数据的时间间隔达到10－6s量级)，最后测出的转速可在微机屏幕上显示，并可打印出有关数据。
附
图1是本实用新型的总体结构方框图。
附图2是前置放大器的原理图。
附图3是相关检测器的原理图。
下面结合本实用新型的一个实施例，再给以具体说明。
从He－Ne激光器1发射的激光，用分束镜3分成强度相同、符合相干条件的两激光束，一束经反射镜2反射后和另一束至会聚透镜4使其聚焦到被测旋转体表面的测量点上，由旋转体表面的运动粒子产生的散射光的多普勒频移信号，通过接收光路和聚焦镜5、小孔6送给光电培增管7，从而完成由光信号到电信号的转换接收(以上1－7即组成激光多普勒传感系统)。
多普勒频移信号的产生可由干涉条纹模型来说明，两束激光的相交区里，两相干光束产生的条纹，其间距为s＝ (λ)/(2sin(α／2))式中λ为所用激光的波长，α为两相干光束的夹角。当旋转体表面的运动粒子以速度
通过条纹区时，如果
的方向和两光束夹角α平分线的法线间的夹角为β，则粒子会受到光强的调制，其频率为fD＝ (vcosβ)/(s) ＝ (2v)/(λ) cosβsin(α／2)这就是差动多普勒频率。
当知道信号的频率fD，就可换算出旋转体上被测点的线速度v，从而计算出旋转体的转速。
本实用新型并不用一般测频率的方法，而采用相关检测方法，进行对周期TD的测定，由于fD＝1／TD，从而同样测出旋转体的转速。这种方法并可使取样的时间间隔达到10－6s量级。
为此，特设置了电子系统，它包括前置放大器8、滤波器9、选频放大器10和相关检测器11。
由于待测旋转体表面的粒子分布有差异，粗糙度也不一致，所以存在着受表面粗糙度调制的、幅度又甚大的低频信号(基低)，而我们要采取的频移信号是调制在这低频信号上的。要使此多普勒信号能成为被微机系统所接受的电信号，现用前置放大器(图2)将从光电倍增管输出的连续随机振幅的微弱多普勒频移信号予以放大，并对其进行整形、带通选频等处理，去掉其基底，然而再给予相关检测。
相关检测器(图3)中，BG1和BG2由两只三极管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)组成后置放大器。C1(100μf)、C2(100μf)、C12(100μf)作电源滤波用。IC1和IC2由两只集成块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)组成选频放大器，由于本测速仪测定转速范围宽，为了得到精度高的测定，将全量程转速分成五档测量，分别为500K、600K、700K、800K及1MHz，各由上述五组电感电容线圈分担，K1为速度切换开关。BG3由三极管3DG12C和C13(0.056μf)、R9(56KΩ)、R10(12KΩ)、R11(5.6KΩ)、R12(2KΩ)及C14(0.056μf)组成整形及电压放大电路。D1(2CW21G)、C16(47μf)、R16(1.3KΩ)组成稳压电路，C15(47μf)作滤波用。IC3由集成块MC14574和W1(10KΩ)、R13(10KΩ)、R14(5KΩ)、W2(10KΩ)、R17(10KΩ)、R18(2KΩ)及R15(2.7KΩ)组成双路电压比较器，它将由BG3整形过的多普勒信号中任一个周期的信号，利用阀值电阻W1和W2进行低阀值和高阀值的比较，从而得出同一信号波形的二个比较波形。若这二个比较波形是属于同一个多普勒信号得来的，其周期一定相等；若这二个比较波形并非是多普勒信号，而是噪声或弱信号，其周期一定相差甚远，因噪声或弱信号系偶然出现的干拢，在连续测量中是没有相干性的。最后输出的就为一个高阀值和低阀值的取样信号。
经处理后的多普勒信号，通过接口I／O12，输给微机13。接口电路是用TTL集成电路组成的硬件单元，它主要完成数据采集与接受控制信号。经微机进行数据的计算采集后，便在显示器14上显示或通过打印机15打印成书面资料，16为软件输入器。
权利要求1.一种旋转类机械瞬时转速测试装置，由激光多普勒传感系统，前置放大器、滤波器、选频放大器、微机和显示、打印系统组成，其特征是在选频器后联接有相关检测器。
专利摘要本实用新型属于测试旋转类机械瞬时转速的装置。由激光多普勒传感系统、电子系统、微机和显示、打印系统组成。其电子系统由前置放大器、滤波、选频放大器和相关检测器组成。它是利用旋转体表面的粒子散射光的激光多普勒频移信号来测得瞬时转速，其采样的时间间隔为10
文档编号G01P3/36GK2077128SQ89219248
公开日1991年5月15日 申请日期1989年12月9日 优先权日1989年12月9日
发明者奚碧瑾, 胡齐丰, 陆海光, 徐高钺, 任善瑞, 朱亚军 申请人:上海交通大学