振动测量及监控系统技术方案

本发明专利技术提供一种振动测量及监控系统，用以对一被测物的振动进行测量或监控。该振动测量及监控系统包括：一激光系统，该激光系统可发射一激光束；一光感测系统，该光感测系统与所述激光系统相对设置，所述被测物部分阻断激光系统及光感测系统之间的光束；一处理系统根据感测系统感测的结果处理计算旋转轴的振动。其采用光学非接触式测量，可对高速运动物体进行振动量测，且可抗电磁干扰及强辐射、测试频带宽、精度和灵敏度高，应用领域大大扩展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种测量及监控系统，特别是关于一种振动的测量及监控系统。
技术介绍
振动测量及监测覆盖了机械、电子、建筑、地质等广泛领域，在研究材料的特性方面也有很大的应用背景。特别是随着3C产品小型化、轻量化的发展趋势，制造3C产品的精密模具及精密加工技术需要以高速主轴进行低切削量的快速切削，而主轴本身轴承的摩擦或偏心将会导致高速精密主轴产生振动，进而影响精密加工的精度。另外，这些包括高速旋转轴的机器具有固有的共振频率，当机器旋转部件的工作频率与机器的固有频率吻合时，就会增加机器及旋转部件的振动，甚至会发生故障，导致可能的破坏，这包括加工精度不够、机械断裂、甚至人身伤害。为了提高机器的加工精度、减少对机器的损害及对人身的伤害，就必须对机器旋转部件的振动进行测量或监测，使机器在超出可接受振动极限或共振点附近时可以关闭或暂停机器，或由一种控制设备在机器超出不同设定限制范围时执行不同的动作，让振动恢复至可接受的限制范围内。从而保证加工产品的精度且避免工作在共振点的附近，进而避免损坏或是避免发生进一步的损坏。目前，常用的振动测量装置是采用测量线圈在磁场中运动而产生的电动势大小来判断振动的结构，由于磁场本身的不均匀分布很难消除，且一些设备或仪器工作过程中亦会产生一些磁场分布，因此存在测量振动的频带不够宽，振幅的动态范围小，特别是在测量微弱振动信号时灵敏度低，使得其应用领域受到很大限制。一种现有轴承振动加速度测量的信号的拾取装置的结构，如图6所示，其用以拾取轴承20的振动，其由加速度计21、测力弹簧22、传动杆23、底座24、端盖25、套筒26等结构组成，传动杆21与轴承26的非转动部分相接触，在振动测量时，被测轴承20的内圈被驱动轴(图未示)驱动旋转，轴承20外圈受轴向负载的作用保持静止，轴承20外圈外径表面径向振动通过传动杆23传入加速度计21并转变成电荷量由电缆输出，进而分析其振动。上述测量方法均为接触式测量，其需要与被测物体相接触才能有效感知被测物的振动状态，故，其无法直接量测高速旋转物体如精密机械加工的高速旋转轴的振动。
技术实现思路
鉴于以上内容，有必要提供一种非接触振动测量及监控系统。一种振动测量及监控系统，用以对一被测物的振动进行测量或监控，其包括一激光系统，该激光系统可发射一激光束；一光感测系统，该光感测系统与所述激光系统相对设置，该光感测系统与所述激光系统相对设置，用以感测所述激光系统发出的激光束传输至光感测系统的光强度变化，所述被测物部分阻断激光系统及光感测系统之间的光束；一处理系统接收光感测系统输出的电流信号且经转换处理计算旋转轴的位置，再结合时间的量测，计算处理出被测物的振动参数。相对现有技术，所述振动测量及监控系统利用激光的光束受到物体遮蔽后，产生光强度变化，利用光传感器测得光强度变化而输出的电流信号的改变，即可结合时间的量测计算出物体的振动量。其采用光学非接触式测量，被测物体-旋转轴始终不接触测量系统，可避免使被测物体-旋转轴表面会因摩擦而导致受损，且可对高速运动物体进行振动量测。且其未利用常规压电传感器，其可抗电磁干扰及强辐射、测试频带宽、精度高，应用领域大大扩展。另外，因光束传播速度快，其对振动变化的响应快，进而能测量到的振动频带宽。再次，因光感测系统可测知的强度变化范围大，因而可测量的振幅的动态范围大，且振动信号甚至微弱振动信号引起的光强度变化均能被光接受组件所接收，故灵敏度高。附图说明图1是本专利技术振动测量及监控系统较佳实施方式的示意图；图2是本专利技术振动测量及监控系统的激光系统较佳实施方式示意图；图3是本专利技术振动测量及监控系统较佳实施方式振动扫描示意图；图4是高斯激光束的场分布特性图；图5(A)是高斯激光束的光强度分布曲线图5(B)是高斯激光束的光强度积分区域示意图；图6是现有振动测量示意图。具体实施方式请参阅图1及图2，本专利技术较佳实施方式的振动测量及监控系统1用以测量或监控一旋转轴10的振动参数，该振动测量及监控系统1包括一激光系统11、一光感测系统12及一处理系统(图未示)以及一结果输出装置(图未示)。激光系统11用以发出平行的激光束13，其由激光器111及多个透镜112构成，该激光器111通常为气体激光器，如氦-氖激光器，其发出的激光束为高斯光束。光感测系统12与激光系统11相对设置，其通过光传感器121感测入射至其表面的光强度分布并转换为电流信号输出。处理系统可为计算机系统或微处理器，其接收光感测系统12输出的电流信号经转换处理计算旋转轴的位置(详后述)，再结合时间的量测，计算处理出转轴的振动参数。结果输出装置用以将所测量旋转轴的振动参数输出，其可为一显示接口或打印设备，亦可为自动报警系统，处理系统中设定其正常振动范围，当被测物体振动超出设定范围即通过自动报警系统给操作人员警示或由控制装置自动调节。工作时，使被测量旋转轴10垂直与激光束13置于激光系统11及光感测系统12之间，开启该振动测量及监控系统1，激光系统11发出激光束13，该激光束13部分为旋转轴10所阻断。当旋转轴10转动时，旋转轴10在其径向振动，使激光束13被旋转轴10所阻断的部分发生变化，从而入射至光感测系统12的光强发生变化，光感测系统12将光强的变化信号转变成电流信号输给处理系统，处理系统处理计算出转轴的位置，并结合时间的量测得出转轴的振动参数并通过输出装置输出。可以理解，如非特殊需要，亦可省去结果输出装置，而由控制设备直接根据测量或监控结果控制机器的运转，另，本专利技术振动测量及监控系统亦可对其他非旋转轴的振动进行测量及监控。请参图4至图5，所述振动测量及监控方法是应用激光刀缘法原理，以下就本振动测量及监控方法的实现原理进行详细说明。当激光以基本的横向电磁模态震荡，则产生的光束强度为高斯空间分布形态，如此的激光束13称为高斯光束，其电场分布，如图3所示，若以数学模型来表示，则可写成E(r,z)=E0W0W(z)×exp(-r2W2(z))---(a)]]>×exp{-j}---(b)---(Eq-1)]]>×exp---(c)]]>上式等号后第一项(a)为一振幅因子(Amplitude factor)，其表示振幅r值而改变的关系；而第二项(b)为光波沿轴向(longitudinal)z的相位变化关系；第三项(c)则为表示光波沿径向(Radial)r的相位变化关系。其中，r＝(x2+y2)0.5，W0为束腰半径(Beam waist radius)，E0为束腰处的电场强度，λ为波长，j为虚数符号。在该平面上，光波波前(Wave front)的曲率半径R(0)→∞，为一平面且光束的直径最小。W(z)和R(z)分别为距束腰半径(Beam waist)距离为z的平面上的光点半径(Spot size或Beamsize)及其波前的曲率半径，且波数k=2πλ,]]>若把原点(z＝0)设在腰部则W(z)=W01/2=W01/2---(Eq-2)]]>R(z)==z---(Eq-3)]]>上式中，ZR=πW02λ]]>定义为雷利范围(Ra本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种振动测量及监控系统，用以对一被测物的振动进行测量或监控，其特征在于：该振动测量及监控系统包括一激光系统、一光感测系统及一处理系统，所述激光系统可发射一激光束，所述光感测系统与所述激光系统相对设置，用以感测所述激光系统发出的激光束传输至光感测系统的光强度变化，所述被测物部分阻断激光系统及光感测系统之间的光束，所述处理系统接收光感测系统输出的信号经转换处理计算旋转轴的位置，再结合时间的量测，计算处理出转轴的振动参数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：简扬昌，
申请(专利权)人：鸿富锦精密工业深圳有限公司，鸿海精密工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]