脈沖氣體激光器風機振動的測量系統技術方案

本發明專利技術公開了一種脈沖氣體激光器風機振動的測量系統，該系統包括探測光源，第一反射鏡面，第二反射鏡面，光電探測器，信號處理電路，數據采集器，處理器和顯示器；該系統通過固定支架與脈沖氣體激光器剛性連接，風機轉動過程產生的振動通過固定支架使反射鏡面發生位移。風機工作之前，探測光束通過固定支架中的兩面反射鏡反射后反向射出，探測光束光斑位于二象限光電探測器光敏面的中心，保證兩個象限輸出信號相同。風機工作產生離心振動帶動固定支架上產生上下移動，探測光束在反射鏡上的位置發生變化，出射光束的位置和投射在光電探測器光敏面上的光斑位置發生相應變化；本發明專利技術具有測量系統簡單、精度高、操作方便的特點，具有很強的實用性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于激光
，涉及的是風機振動的測量系統，該系統特別適用于對脈沖氣體激光器風機工作時產生的離心振動測量。
技術介紹
采用脈沖放電泵浦的脈沖氣體激光器由于具有重復率高、能量大及成本低的特點在工業上獲得了廣泛的應用，如集成電路光刻，激光醫療和工業加工等。脈沖氣體激光器工作時的轉換效率一般都較低，剩余的能量以熱的形式沉積下來，造成工作介質的均勻性受到影響，即流場的不均勻性增加；激光腔內流場的不均勻性會嚴重影響光束質量、輸出平均功率，甚至抑制激光振蕩的產生，因此需要循環流動系統來使工作氣體不斷更新。脈沖氣體激光器中的風機按工作方式不同可以分為橫流風機、軸流風機和離心風機等多種形式。風機在工作時，旋轉機械的轉子由于受到材料質量和加工精度等方面的影響，轉子的質量分布相對于旋轉中心不可能絕對的對稱，因此任何一個轉子不可能做到“絕對平衡”，轉子質量中心和旋轉中心線之間總是有一定的偏心矩存在，這就使得轉子旋轉時形成周期性的離心力，在軸承上產生動載荷，使機器發生振動。轉子在失衡條件下，會導致整套裝置振動，破壞脈沖氣體激光器的工作穩定性。因此風機在出廠之前需要進行動平衡測試，采取相應的措施使轉子達到平衡狀態。在現場運轉過程中，轉子不停地經受磨損等因素影響，會產生失衡故障，轉子失衡后，將引發機組強烈振動，影響系統的穩定性。
技術實現思路
本專利技術目的在于提供脈沖氣體激光器風機振動的測量系統，該裝置能夠簡單而準確地測量風機工作時帶來的微小振動，實現對風機工作狀態的監測。本專利技術提供的一種脈沖氣體激光器風機振動的測量系統，其特征在于，該系統包括探測光源，二象限光電探測器，信號處理電路，數據采集器，處理器和顯示器；工作時，探測光源出射的光束，在附加風機振動信號后投射在二象限光電探測器的光敏面上，二象限光電探測器、信號處理電路、數據采集器、處理器和顯示器依次電信號連接，信號處理電路對光電探測器5的信號進行放大、整形后交由數據采集器進行A/D轉換變成數字信號，處理器對數字信號進行濾波和快速傅里葉變換處理，得到光斑上下移動的頻率和幅值，確定風機工作時的振動頻率和幅值，并在顯示器上顯示。作為上述技術方案的改進，該系統還包括第一反射鏡面和第二反射鏡面；探測光源水平放置，第一反射位于探測光源的出射光路上，并與探測光束成45°角，第二反射鏡面與第一反射鏡面垂直放置，兩反射面之間的夾角成90°，第一反射鏡面和第二反射鏡面均通過反射鏡固定支架進行固定，反射鏡固定支架用于與被測風機剛性相連。本專利技術的脈沖氣體激光器風機振動的測量系統，通過固定支架與脈沖氣體激光器剛性連接，風機轉動過程產生的振動通過固定支架使反射鏡面發生位移。風機工作之前，探測光束通過固定支架中的兩面反射鏡反射后反向射出，探測光束光斑位于二象限光電探測器光敏面的中心，保證兩個象限輸出信號相同。風機工作產生離心振動帶動固定支架上產生上下移動，探測光束在反射鏡上的位置發生變化，出射光束的位置和投射在二象限光電探測器光敏面上的光斑位置發生相應變化；光敏面上光斑的移動使得光電探測器兩個象限的信號輸出發生變化，輸出的變化量AU同光斑中心的位移量η之間的關系可以通過標定曲線獲得。因此通過記錄二象限光電探測器兩個象限的信號輸出變化量AU，就可以獲得風機工作時產生的振動頻率和振幅大小。本專利技術通過激光測量的方式獲得脈沖氣體激光器風機工作時的振動信息，具有測量系統簡單、精度高、操作方便的特點，具有很強的實用性。附圖說明圖1為本專利技術系統的原理框圖；圖2為風機工作帶動鏡子向上位移d時，探測光束的光路變化示意圖；圖3為風機工作帶動鏡子向上位移d時，探測光束光斑在光電探測器光敏面上的移動示意圖；圖4為另一種測量脈沖氣體激光器風機振動的實驗裝置框圖；圖5為風機工作時的實時信號輸出；圖6(a)為經濾波處理后的信號；(b)為經快速傅里葉變換(FFT)后的信號；圖7為為二象限光電探測器兩象限輸出差AU同探測光斑在光敏面上的位移η的標定曲線。具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本專利技術，但并不構成對本專利技術的限定。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。如圖1所示，本專利技術提供的一種脈沖氣體激光器風機振動的測量系統，主要包括探測光源101，第一反射鏡面102，第二反射鏡面104，光電探測器105，信號處理電路106，數據采集器107，處理器108和顯示器109。探測光源101水平放置，第一反射鏡面102位于探測光源101的出射光路上，并與探測光束成45°角，第二反射鏡面104與第一反射鏡面102垂直放置，兩反射面之間的夾角成90°，第一反射鏡面102和第二反射鏡面104通過反射鏡固定支架103進行固定，反射鏡固定支架103與被測振動裝置剛性相連；探測光源101出射的光束經過第一反射鏡面102和第二反射鏡面104反射后反向出射，投射在光電探測器105的光敏面上，光電探測器105為采用PIN 二象限光電探測器或AH) 二象限光電探測器，它具有兩個對稱的光敏面。二象限光電探測器105、信號處理電路106、數據采集器107、處理器108和顯示器109依次電信號連接。探測激光光源101發射的光束依次經過第一反射鏡面102和第二反射鏡面104反射后反向出射，投射在二象限光電探測器105的光敏面上。如圖2所示，風機未工作時，探測光束101發出的光束光路軌跡如圖2中實線所示；風機工作時產生離心振動，帶動反射鏡固定支架103 —起上下振動，當固定支架向上位移d，探測光束101在第一反射鏡面102上的反射點位置發生變化，光路軌跡如圖2中虛線所示，此時反射光束中心向上位移量為2d，即投射在二象限光電探測器105光敏面上的光斑中心向上移動量為2d。二象限光電探測器105的剖面圖如圖3所示，由兩個象限組成。工作之前，投射于二象限光電探測器105光敏面上的光斑位于探測器的中心，兩個象限輸出的光強相等；風機工作振動帶動反射鏡固定支架103向上運動位移d時，相應光斑在光敏面上位移2d，兩個象限輸出的信號發生變化，兩個象限輸出的信號差值AU與光斑的位移量η的對應關系可以通過標定曲線獲得，其中η = 2d。信號處理電路106對光電探測器105的信號進行放大、整形后交由數據采集器107進行A/D轉換變成數字信號，處理器108對信號進行濾波和快速傅里葉變換(FFT)等數字信號處理，得到光斑上下移動的頻率和幅值，進而確定風機工作時的振動頻率和幅值，并在顯示器109上予以顯示。如圖4所示為另一種測量脈沖氣體激光器風機振動的實驗裝置簡化圖，主要包括探測光源401，探測光源固定支架403，光電探測器105。探測光源固定支架403用來固定探測光源401，并且與風機直接剛性連接。探測光源401發出的光束直接由光電探測器105進行接收，信號處理電路部分同圖3(這里省略)。風機工作時帶動探測光源固定支架403和探測光源401—起上下振動，相應的光斑在光敏面上發生位移，導致兩個象限輸出的信號發生變化，此時風機振動振幅與光斑在光敏面上的位移量n相等，即n =d。后續信號處理同圖3。以下結合準分子激光器為例，采用本專利技術裝置對準分子激光器風機工作本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種脈沖氣體激光器風機振動的測量系統，其特征在于，該系統包括探測光源，二象限光電探測器，信號處理電路，數據采集器，處理器和顯示器；工作時，探測光源出射的光束，在附加風機振動信號后投射在二象限光電探測器的光敏面上，二象限光電探測器、信號處理電路、數據采集器、處理器和顯示器依次電信號連接，信號處理電路對光電探測器5的信號進行放大、整形后交由數據采集器進行A/D轉換變成數字信號，處理器對數字信號進行濾波和快速傅里葉變換處理，得到光斑上下移動的頻率和幅值，確定風機工作時的振動頻率和幅值，并在顯示器上顯示。

【技術特征摘要】
1.一種脈沖氣體激光器風機振動的測量系統，其特征在于，該系統包括探測光源，二象限光電探測器，信號處理電路，數據采集器，處理器和顯示器； 工作時，探測光源出射的光束，在附加風機振動信號后投射在二象限光電探測器的光敏面上，二象限光電探測器、信號處理電路、數據采集器、處理器和顯示器依次電信號連接，信號處理電路對光電探測器5的信號進行放大、整形后交由數據采集器進行A/D轉換變成數字信號，處理器對數字信號進行濾波和快速傅里葉變換處理，得到光斑上下移動的頻率和幅值，確定風機工作時的振動頻率和幅值，并...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐勇躍，楊晨光，左都羅，王新兵，盧宏，陸培祥，何崇文，胡攀攀，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：