基于激光多普勒测速的转速测量系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114324963A(43)申请公布日2022.04.12(21)申请号202210012638.1(22)申请日2022.01.06(71)申请人中国人民解放军国防科技大学地址410073湖南省长沙市开福区德雅路109号(72)发明人王琦周健聂晓明王汉睦黄荣陈兰剑席崇宾向志毅(74)专利代理机构长沙国科天河知识产权代理有限公司43225代理人周达(51)Int.Cl.G01P3/36(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称基于激光多普勒测速的转速测量系统(57)摘要本发明提供的基于激光多普勒测速的转速测量系统，包括光束产生单元、第一探测单元、第二探测单元以及信号处理单元。光束产生单元用于产生两束波长已知且相互平行的光束。基于光束产生单元产生的两束光束，利用激光多普勒测速技术，设计第一探测单元、第二探测单元的探测光路。基于第一探测单元中第一光电探测器和第二探测单元中第二光电探测器输出信号的多普勒频移，结合第一光束和第二光束的波长及平行间距，实现转速测量。本发明无需在转轴上安装齿状结构或粘贴靶标，也无需测量转轴切向与激光光束之间的夹角及转轴半径，通用性更好且使用方便。CN114324963ACN114324963A权利要求书1/2页1.基于激光多普勒测速的转速测量系统，其特征在于，包括：光束产生单元，用于产生两束波长已知且相互平行的光束，分别为第一光束和第二光束；第一探测单元，包括第一分光棱镜、第一衰减片、第一平面反射镜、第一光电探测器以及待测转轴，第一分光棱镜将第一光束分为垂直于第一光束的第三光束和平行于第一光束的第四光束，第三光束的传输光路上依次设置有第一衰减片和第一平面反射镜，第三光束经第一衰减片衰减后垂直入射第一平面反射镜，经第一平面反射镜反射后沿原路经第一衰减片衰减及第一分光棱镜透射，形成第五光束，第四光束入射到待测转轴表面，携带运动信息的部分散射光沿原路返回并经第一分光棱镜反射，形成第六光束，第五光束与第六光束发生干涉，并由第一光电探测器探测采集；第二探测单元，包括第二分光棱镜、第二衰减片、第二平面反射镜、第二光电探测器以及待测转轴，第二分光棱镜将第二光束分为垂直于第二光束的第七光束和平行于第二光束的第八光束，第七光束的传输光路上依次设置有第二衰减片和第二平面反射镜，第七光束经第二衰减片衰减后垂直入射第二平面反射镜，经第二平面反射镜反射后沿原路经第二衰减片衰减及第二分光棱镜透射，形成第九光束，第八光束入射到待测转轴表面，携带运动信息的部分散射光沿原路返回并经第二分光棱镜反射，形成第十光束，第九光束与第十光束发生干涉，并由第二光电探测器探测采集；信号处理单元，接收第一光电探测器、第二光电探测器输出信号，分别检测第一光电探测器、第二光电探测器输出信号的多普勒频移，结合第一光束和第二光束的波长及平行间距，测得转轴转速。2.根据权利要求1所述的基于激光多普勒测速的转速测量系统，其特征在于，光束产生单元包括双纵模激光器、沃拉斯顿棱镜以及反射镜组，双纵模激光器输出的光束经沃拉斯顿棱镜后得到两束波长不同的光束，两束波长不同的光束经反射镜组调整为相互平行的第一光束和第二光束。3.根据权利要求1所述的基于激光多普勒测速的转速测量系统，其特征在于，光束产生单元包括双色激光器、色散棱镜以及反射镜组，双色激光器输出的光束经色散棱镜后得到两束波长不同的光束，两束波长不同的光束经反射镜组调整为相互平行的第一光束和第二光束。4.根据权利要求1所述的基于激光多普勒测速的转速测量系统，其特征在于，光束产生单元包括单模激光器、分光棱镜以及反射镜组，单模激光器输出的光束经分光棱镜后得到两束波长相同的光束，两束波长相同的光束经反射镜组调整为相互平行的第一光束和第二光束。5.根据权利要求2、3或4所述的基于激光多普勒测速的转速测量系统，其特征在于，反射镜组由多个平面反射镜组成，通过多个平面反射镜的组合将两束波长已知的光束调整为相互平行的第一光束和第二光束。6.根据权利要求1至4中任一项所述的基于激光多普勒测速的转速测量系统，其特征在于，转轴转速ω为：2CN114324963A权利要求书2/2页式中，d为第一光束与第二光束之间的平行间距，λ1为第一光束的波长，λ2为第二光束的波长，Δf1为第一光电探测器输出信号的多普勒频移，Δf2为第二光电探测器输出信号的多普勒频移。7.基于激光多普勒测速的转速测量探头，其特征在于，包括：光束产生单元，用于产生两束波长已知且相互平行的光束，分别为第一光束和第二光束；第一探测单元，包括第一分光棱镜、第一衰减片、第一平面反射镜、第一光电探测器以及待测转轴，第一分光棱镜将第一光束分为垂直于第一光束的第三光束和平行于第一光束的第四光