一種振動頻率測量方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及振動監(jiān)測技術(shù)領域，特別涉及一種振動頻率測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機械設備工作中產(chǎn)生的振動對其正常工作會產(chǎn)生一定的影響，例如大型精密機械裝置、精密發(fā)動機等的振動會影響其工作精度嚴重時可能造成設備的損壞、安全事故等。隨著科技的進步和社會的發(fā)展，振動頻率的檢測應用廣泛于現(xiàn)實生活，例如，電子血壓儀通過設置振動頻率檢測裝置從而量計血壓，大型機械上安裝振動檢測裝置，檢測機械工作過程中振動頻率，可防止共振對機器精度的損害等。因此對設備的振動頻率的測量在一定的領域是十分必要的。
[0003]目前常使用的振動測量裝置采用的是測量線圈在磁場中運動而產(chǎn)生的電動勢大小來判斷振動的結(jié)構(gòu)，由于磁場本身的不均勻分布很難消除，因此都存在著測量振動的頻帶不夠?qū)?、振幅的動態(tài)范圍小、畸變大，特別是在測量微弱振動信號時靈敏度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種擴大振動測量頻帶和振幅動態(tài)范圍，降低畸變，提升靈敏度的頻率測量方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種振動頻率測量方法，包括以下步驟:
[0006]在待檢測振動源上鋪設傳感光纖鏈路；
[0007]向所述傳感光纖鏈路中發(fā)送周期性的光脈沖信號；
[0008]獲取沿所述傳感光纖鏈路返回的光功率信號；
[0009]將所述光功率信號轉(zhuǎn)化成隨時間變化的光強信號；
[0010]對所述隨時間變化的光強信號進行傅里葉變換獲取各個反射點的頻域圖譜；
[0011]其中，所述傳感光纖鏈路包括多條傳感光纖，鋪設在待檢測振動源上，將所述待檢測振動源各部分的振動信息轉(zhuǎn)換為所述多條傳感光纖的形變；
[0012]以同一反射點的連續(xù)多個周期的的光強信號，表征振動隨時間的變化情況，獲取振動頻率信息；
[0013]以多個反射點的連續(xù)多個周期的的光強信號，表征不同位置的振動隨時間的變化情況，獲取一定范圍內(nèi)的振動頻率信息。
[0014]進一步地，所述傳感光纖鏈路采用偏振光時域反射光纖鏈路。
[0015]進一步地，基于偏振光時域反射鏈路采用菲涅爾反射光纖鏈路或者fiber mirror傳感鏈路。
[0016]進一步地，所述周期性光脈沖信號在所述傳感光纖中激發(fā)瑞利散射效應和菲涅爾反射效應；沿所述傳感光纖鏈路返回的光功率信號包括:背向瑞利散射光功率信號和菲涅爾反射光功率信號。
[0017]本發(fā)明提供的振動頻率測量方法通過光學反射技術(shù)轉(zhuǎn)化記錄振動信號的變化，并通過信號轉(zhuǎn)換計算獲取振動源的局部或者全部范圍的振動頻率；從而擴大振動測量頻帶和振幅動態(tài)范圍，降低畸變，提升靈敏度。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實施例提供的一個周期內(nèi)不同反射點的反射波形光強信號圖；
[0019]圖2為本發(fā)明實施例提供的多個周期信號波形示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明實施例提供的單個反射點的信號隨時間變化的波形示意圖。
【具體實施方式】
[0021]參見圖1?3，本發(fā)明實施例提供的一種振動頻率測量方法，通過直接接觸振動源，將振動形式轉(zhuǎn)換成光傳導介質(zhì)的形態(tài)變化，從而實現(xiàn)振動信息的捕捉；進一步通過光信息的傳遞解析實現(xiàn)頻率測量；本實施例包括以下步驟:
[0022]在待檢測振動源上鋪設傳感光纖鏈路，直接接觸振動源捕捉振動形式信息，傳遞給光纖鏈路的末端傳感光纖，將待檢測振動源各部分的振動信息轉(zhuǎn)換為多條傳感光纖的形變，實現(xiàn)振動形態(tài)的信息向傳感光纖的形變形式信息的傳遞和轉(zhuǎn)換；直接高效的捕捉，傳遞和轉(zhuǎn)換，提升信息捕捉的靈敏度，大大提升了頻率檢測的精度；
[0023]向傳感光纖鏈路中發(fā)送周期性的光脈沖信號，激發(fā)瑞利散射效應，光纖輸入端發(fā)送周期性的光脈沖功率信號Pin (t)，光脈沖信號沿光纖方向進入傳感光纖，其中產(chǎn)生的背向瑞利散射光經(jīng)光纖返回入射端，經(jīng)過檢偏器后得到隨時間變化的背向瑞利散射光功率信號Pout (t)，而背向瑞利散射光會保持散射點的偏振態(tài)不變，所以從測得的Pout (t)的變化可感知光纖中，有振動導致的形變造成的偏振態(tài)的變化，從而將振動信息轉(zhuǎn)換成光信號的屬性變化，并實現(xiàn)傳遞解析，確保了信號的高保真，高效傳遞和高精度解析；
[0024]獲取沿傳感光纖鏈路返回的背向瑞利散射光功率信號，將各個反射點，即傳感光纖返回的光信號收集起來，獲取振動源的各個部位的振動信息，從而完成整個振動源的振動監(jiān)測；
[0025]采用光探測形式的裝置或者傳感器等，將背向瑞利散射光功率信號轉(zhuǎn)化成隨時間變化的光強信號，匯總同一反射點的連續(xù)多個周期的的光強信號，表征振動隨時間的變化情況，獲取振動頻率信息；匯總多個反射點的連續(xù)多個周期的的光強信號，表征不同位置的振動隨時間的變化情況，獲取一定范圍內(nèi)的振動頻率信息；
[0026]通過如數(shù)據(jù)采集卡采集光探測器的信號，實現(xiàn)數(shù)據(jù)化轉(zhuǎn)換存儲，并進行運算，對隨時間變化的光強信號進行傅里葉變換獲取各個反射點的頻域圖譜，從而獲取完整的振動源振動頻率圖譜。
[0027]為了提升信息采集的可靠性，優(yōu)選的，周期性光脈沖信號在傳感光纖中不僅激發(fā)瑞利散射效應，還激發(fā)菲涅爾反射效應；因此，沿傳感光纖鏈路返回的光功率信號包括:背向瑞利散射光功率信號和菲涅爾反射光功率信號；以菲涅爾反射光產(chǎn)生的光強變化為主，獲取振動頻率信息。
[0028]基于光纖偏振效應的振動頻率測量方法，較轉(zhuǎn)換振動測量思路，較現(xiàn)有技術(shù)，靈敏度更高，測量結(jié)果更精確，可有效提高信噪比，避免信號光與光源的卷積問題和相干噪聲問題，同時本方法受裝置影響相對較小，從而測量振動的頻帶寬，振幅的動態(tài)范圍大，畸變小。
[0029]傳統(tǒng)的點式測量系統(tǒng)僅僅可以測量傳感頭放置點的振動頻率，無法了解整個被測目標每一點的振動情況，只能多次測量得到多個點的情況來預估整體情況。本實施例為分布式實時監(jiān)測，可嚴密監(jiān)控被測區(qū)域每一點的振動頻率情況而不需要多次測量。
[0030]傳感光纖鏈路采用偏振光時域反射鏈路，菲涅爾反射點結(jié)構(gòu)或者fiber mirror結(jié)構(gòu)，從而滿足各種環(huán)境需求。
[0031]本發(fā)明提供的振動頻率測量方法利用偏振效應，通過光學反射技術(shù)轉(zhuǎn)化記錄振動信號的變化，并通過信號轉(zhuǎn)換計算獲取振動源的局部或者全部范圍的振動頻率；從而擴大振動測量頻帶和振幅動態(tài)范圍，降低畸變，提升靈敏度。
[0032]最后所應說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【主權(quán)項】
1.一種振動頻率測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 在待檢測振動源上鋪設傳感光纖鏈路； 向所述傳感光纖鏈路中發(fā)送周期性的光脈沖信號； 獲取沿所述傳感光纖鏈路返回的光功率信號； 將所述光功率信號轉(zhuǎn)化成隨時間變化的光強信號； 對所述隨時間變化的光強信號進行傅里葉變換獲取各個反射點的頻域圖譜； 其中，所述傳感光纖鏈路包括多條傳感光纖，鋪設在待檢測振動源上，將所述待檢測振動源各部分的振動信息轉(zhuǎn)換為所述多條傳感光纖的形變； 以同一反射點的連續(xù)多個周期的的光強信號，表征振動隨時間的變化情況，獲取振動頻率信息； 以多個反射點的連續(xù)多個周期的的光強信號，表征不同位置的振動隨時間的變化，獲取一定范圍內(nèi)的振動頻率信息。
2.如權(quán)利要求1所述的振動頻率測量方法，其特征在于:所述傳感光纖鏈路采用偏振光時域反射光纖鏈路。
3.如權(quán)利要求2所述的振動頻率測量方法，其特征在于:基于偏振光時域反射鏈路，采用菲涅爾反射光纖鏈路或者fiber mirror傳感鏈路。
4.如權(quán)利要求1所述的振動頻率測量方法，其特征在于:所述周期性光脈沖信號在所述傳感光纖中激發(fā)瑞利散射效應和菲涅爾反射效應；沿所述傳感光纖鏈路返回的光功率信號包括:背向瑞利散射光功率信號和菲涅爾反射光功率信號。
【專利摘要】本發(fā)明屬于振動監(jiān)測技術(shù)領域，公開了一種振動頻率測量方法，包括以下步驟：在待檢測振動源上鋪設傳感光纖鏈路；向所述傳感光纖鏈路中發(fā)送周期性的光脈沖信號；獲取沿所述傳感光纖鏈路返回的光功率信號；將所述光功率信號轉(zhuǎn)化成隨時間變化的光強信號；對所述隨時間變化的光強信號進行傅里葉變換獲取各個反射點的頻域圖譜。本發(fā)明利用偏振效應，通過光學反射技術(shù)記錄振動信號的變化，并通過轉(zhuǎn)化計算獲取振動頻率，在保證測量穩(wěn)定性的同時，大大提升了信噪比；另一方面，頻帶寬，振幅動態(tài)范圍大，畸變小，靈敏度高。
【IPC分類】G01H9-00
【公開號】CN104596634
【申請?zhí)枴緾N201410850747
【發(fā)明人】唐明, 周婭玲, 王超東, 吳昊, 胡子荷, 曹鋒
【申請人】華中科技大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月30日