一种基于光学干涉原理的轴承振动测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光学干涉原理的轴承振动测量装置及其测量方法。该装置包括激光器、分光镜、反射镜一、电荷耦合器件以及信号处理系统。激光器用于向待测轴承发射激光束，分光镜使激光束分成反射光束和透射光束，反射镜一用于将反射光束反射回分光镜。分光镜设置在反射镜一与电荷耦合器件之间，透射光束在运动至待测轴承后由待测轴承的振动位移而改变光程长度并反射回分光镜，且与反射回分光镜的反射光束发生干涉并产生干涉条纹。电荷耦合器件用于捕获干涉条纹，并将干涉条纹转换为相应的电子信息。信号处理系统用于计算出待测轴承机械振动的位移量。本发明专利技术有效地提高了测量精度和反应灵敏度，为后续的振动消除工作提供良好的数据保障。

A bearing vibration measuring device based on optical interference principle and its measuring method

【技术实现步骤摘要】
一种基于光学干涉原理的轴承振动测量装置及其测量方法
本专利技术涉及轴承检测
的一种轴承振动测量装置，尤其涉及一种基于光学干涉原理的轴承振动测量装置，还涉及该测量装置的基于光学干涉原理的轴承振动测量方法。
技术介绍
轴承工作过程往往会伴随着机械振动的产生，而机械振动往往会对系统的性能产生显著的影响。另外，机械工作时噪音的大小往往与系统在工作过程中的振动息息相关。因此，系统的机械振动是在考虑机器性能时必不可少的一个因素。而现有的消除机械振动的技术往往以良好的获知机器工作过程中的振动情况为前提。一方面，现有的轴承检测装置及方法均是进行低速检测，而轴承实际工作状态通常是在高速下运行，目前低速检测手段无法满足对轴承实际性能的掌握，存在检测数据根本无法满足实际工作的问题。所以，具有高精度、高灵敏度的轴承振动测量装置具有明显的工程意义。另一方面，对于轴承这一类体积较小的机械零件的振动位移测量，一般是使用振动仪进行检测。但是，现有的振动仪使用的振动块的质量会对测量结果造成原理上的误差，无法满足高精度的需求。
技术实现思路
为解决现有的轴承震动位移测量装置不满足高速测量，且测量精度低的技术问题，本专利技术提供一种基于光学干涉原理的轴承振动测量装置及其测量方法。本专利技术采用以下技术方案实现：一种基于光学干涉原理的轴承振动测量装置，其用于测量待测轴承的机械振动位移，其包括：激光器，其用于向待测轴承发射与待测轴承的轴向平行的激光束；分光镜，其设置在待测轴承与激光器之间，且镜面与所述激光束非垂直设置，使所述激光束通过所述镜面分成反射光束和透射光束；反射镜一，其设置在所述反射光束的运动路径上，并用于将所述反射光束反射回分光镜；电荷耦合器件，分光镜设置在反射镜一与电荷耦合器件之间；所述透射光束在运动至待测轴承后由待测轴承的振动位移而改变光程长度并反射回分光镜，且与反射回分光镜的所述反射光束发生干涉并产生干涉条纹；电荷耦合器件用于捕获所述干涉条纹，并将所述干涉条纹转换为相应的电子信息；以及信号处理系统，其用于先根据所述电子信息，将所述反射光束的恒定光程长度作为参考光程，以计算所述透射光束在待测轴承上产生的光程差，再根据所述光程差，通过一个预设的光程差-位移量对照表或函数关系，计算出待测轴承机械振动的位移量；其中，所述光程差与所述位移量在所述光程差-位移量对照表或函数关系中存在一一对应的对照关系。本专利技术通过激光器发射激光束，激光束在分光镜处分成投射光束和反射光束，反射光束会在反射镜一处发生发射并折返回分光镜，而投射光束则在待测轴承处发生反射而返回分光镜，由于反射光束的光程长度不变而投射光束由待测轴承发生振动位移而使光程长度发生改变，这样这两束光束就会在分光镜处发生干涉，而电荷耦合器件则可以捕获干涉产生的干涉条纹，并将其转化为电子信息，如此信号处理系统就可以根据这一信息，将反射光束的恒定光程长度作为参考，计算光程差，随后根据光程差计算出待测轴承的位移量，这样利用光学干涉测量位移量可以使误差达到激光的波长的数量级，解决了现有的轴承震动位移测量装置不满足高速测量，且测量精度低的技术问题，得到了能进行高速检测，测量精度高的技术效果。作为上述方案的进一步改进，所述轴承振动测量装置还包括：光学隔离器，其设置在激光器与分光镜之间，用于供所述激光束穿过并阻止位于分光镜一侧的光束返回至激光器。进一步地，所述光学隔离器包括起偏器和波片；起偏器和波片均位于所述激光束的运动路径上，起偏器设置在激光器与波片之间。作为上述方案的进一步改进，所述轴承振动测量装置还包括：三个前置透镜，其分别设置在分光镜与待测轴承、反射镜一、电荷耦合器件之间。作为上述方案的进一步改进，所述信号处理系统包括滤波放大模块、AD转换器、门限比较器、判向计数器以及处理器；所述滤波放大模块用于对所述电子信息进行滤波放大，并将滤波放大信号通过所述门限比较器和所述判向计数器处理后输入至所述AD转换器中进行转换，以获得数字信号；所述处理器根据所述数字信号，计算所述位移量。作为上述方案的进一步改进，所述轴承振动测量装置包括：测试平台；激光器、分光镜、反射镜一以及电荷耦合器件均安装在测试平台上；以及轴承驱动定位机构，其包括电机和安装架；安装架安装在测试平台上，并用于定位待测轴承；电机安装在测试平台上，且输出轴与待测轴承的内圈套接。进一步地，所述轴承振动测量装置还包括：反射镜二，其安装在安装架上，且未遮住待测轴承，并用于反射所述透射光束至分光镜。再进一步地，所述轴承振动测量装置包括：显示屏，其安装在测试平台上，并用于显示所述干涉条纹以及所述位移量。进一步地，激光器为He-Ne激光光源，波片为1/4波片。本专利技术还提供一种基于光学干涉原理的轴承振动测量方法，其应用于上述任意所述的基于光学干涉原理的轴承振动测量装置中，其包括以下步骤：(a)向待测轴承发射激光束；(b)通过回分光镜将所述激光束分为反射光束和透射光束，使所述透射光束发射至待测轴承；(c)将所述反射光束反射回分光镜；其中，所述透射光束在运动至待测轴承后由待测轴承的振动位移而改变光程长度并反射回分光镜，且与反射回分光镜的所述反射光束发生干涉并产生干涉条纹；(d)捕获所述干涉条纹，并将所述干涉条纹转换为相应的电子信息；(e)先根据所述电子信息，将所述反射光束的恒定光程长度作为参考光程，以计算所述透射光束在待测轴承上产生的光程差，再根据所述光程差，通过一个预设的光程差-位移量对照表或函数关系，计算出待测轴承机械振动的位移量；其中，所述光程差与所述位移量在所述光程差-位移量对照表或函数关系中存在一一对应的对照关系。相较于现有的轴承震动位移测量装置，本专利技术的基于光学干涉原理的轴承振动测量装置及其测量方法具有以下有益效果：1、该基于光学干涉原理的轴承振动测量装置，其通过激光器发射激光束，激光束在分光镜处分成投射光束和反射光束，反射光束会在反射镜一处发生发射并折返回分光镜，而投射光束则在待测轴承处发生反射而返回分光镜，由于反射光束的光程长度不变而投射光束由待测轴承发生振动位移而使光程长度发生改变，这样这两束光束就会在分光镜处发生干涉，而电荷耦合器件则可以捕获干涉产生的干涉条纹，并将其转化为电子信息，如此信号处理系统就可以根据这一信息，将反射光束的恒定光程长度作为参考，计算光程差，随后根据光程差计算出待测轴承的位移量，这样利用光学干涉测量位移量可以使误差达到激光的波长的数量级，不再使用传统的振动块以及贴于表面的振动位移传感器，减少了振动块带来的原理误差，基本消除了人为的计数误差，从而有效地提高了测量精度和反应灵敏度，为后续的振动消除工作提供良好的数据保障。2、该基于光学干涉原理的轴承振动测量装置，其在测量待测轴承的振动位移时，由于通过激光的干涉实现位移量的测量工作，因此待测轴承可以在高速下运转，即测量装置就可以对各种高速状态下的轴承进行测量，可以掌握轴承本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光学干涉原理的轴承振动测量装置，其用于测量待测轴承(1)的机械振动位移，其特征在于，其包括：/n激光器(2)，其用于向待测轴承(1)发射与待测轴承(1)的轴向平行的激光束；/n分光镜(3)，其设置在待测轴承(1)与激光器(2)之间，且镜面与所述激光束非垂直设置，使所述激光束通过所述镜面分成反射光束和透射光束；/n反射镜一(4)，其设置在所述反射光束的运动路径上，并用于将所述反射光束反射回分光镜(3)；/n电荷耦合器件(5)，分光镜(3)设置在反射镜一(4)与电荷耦合器件(5)之间；所述透射光束在运动至待测轴承(1)后由待测轴承(1)的振动位移而改变光程长度并反射回分光镜(3)，且与反射回分光镜(3)的所述反射光束发生干涉并产生干涉条纹；电荷耦合器件(5)用于捕获所述干涉条纹，并将所述干涉条纹转换为相应的电子信息；以及/n信号处理系统，其用于先根据所述电子信息，将所述反射光束的恒定光程长度作为参考光程，以计算所述透射光束在待测轴承(1)上产生的光程差，再根据所述光程差，通过一个预设的光程差-位移量对照表或函数关系，计算出待测轴承(1)机械振动的位移量；其中，所述光程差与所述位移量在所述光程差-位移量对照表或函数关系中存在一一对应的对照关系。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于光学干涉原理的轴承振动测量装置，其用于测量待测轴承(1)的机械振动位移，其特征在于，其包括：
激光器(2)，其用于向待测轴承(1)发射与待测轴承(1)的轴向平行的激光束；
分光镜(3)，其设置在待测轴承(1)与激光器(2)之间，且镜面与所述激光束非垂直设置，使所述激光束通过所述镜面分成反射光束和透射光束；
反射镜一(4)，其设置在所述反射光束的运动路径上，并用于将所述反射光束反射回分光镜(3)；
电荷耦合器件(5)，分光镜(3)设置在反射镜一(4)与电荷耦合器件(5)之间；所述透射光束在运动至待测轴承(1)后由待测轴承(1)的振动位移而改变光程长度并反射回分光镜(3)，且与反射回分光镜(3)的所述反射光束发生干涉并产生干涉条纹；电荷耦合器件(5)用于捕获所述干涉条纹，并将所述干涉条纹转换为相应的电子信息；以及
信号处理系统，其用于先根据所述电子信息，将所述反射光束的恒定光程长度作为参考光程，以计算所述透射光束在待测轴承(1)上产生的光程差，再根据所述光程差，通过一个预设的光程差-位移量对照表或函数关系，计算出待测轴承(1)机械振动的位移量；其中，所述光程差与所述位移量在所述光程差-位移量对照表或函数关系中存在一一对应的对照关系。


2.如权利要求1所述的基于光学干涉原理的轴承振动测量装置，其特征在于，所述轴承振动测量装置还包括：
光学隔离器，其设置在激光器(2)与分光镜(3)之间，用于供所述激光束穿过并阻止位于分光镜(3)一侧的光束返回至激光器(2)。


3.如权利要求2所述的基于光学干涉原理的轴承振动测量装置，其特征在于，所述光学隔离器包括起偏器(6)和波片(7)；起偏器(6)和波片(7)均位于所述激光束的运动路径上，起偏器(6)设置在激光器(2)与波片(7)之间。


4.如权利要求1所述的基于光学干涉原理的轴承振动测量装置，其特征在于，所述轴承振动测量装置还包括：
三个前置透镜(8)，其分别设置在分光镜(3)与待测轴承(1)、反射镜一(4)、电荷耦合器件(5)之间。


5.如权利要求1所述的基于光学干涉原理的轴承振动测量装置，其特征在于，所述信号处理系统包括滤波放大模块、AD转换器、门限比较器、判向计数器以及处理器；所述滤波放大模块用于对所述电子信息进行滤波放大，并将滤波放大信号通过所述门限比较器和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪占勇，郑书林，杨永跃，周成武，张袁，
申请(专利权)人：合肥工业大学，蚌埠飞宇轴承有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34