激光扭振仪调整、应用与误差

引　言

随着激光技术的发展,激光作为媒介用于测量扭振具有明显的优点和广阔的应用前景。世界名牌振动测试仪器公司丹麦B&K公司推出的扭转振动仪torsional vibrationmeter 2523和振动传感器torsionalvibration transducer MM0071就具一定的代表性。经多年对2523扭振测量系统的使用,我们对该系统的调整和使用积累了一些经验。现介绍如下。

1　2523型激光扭振仪的测量原理

2523型激光扭振仪主要是用于旋转机械中轴零件的非接触扭振测量。它主要由扭振仪2523及传感器MM0071组成。测量时,只需在被测轴上粘贴一条专用的激光反光带(随机附件),反光带宽20mm、厚0.28mm,反光带一面是不干胶,另一面是微小的玻璃珠子涂层。用激光传感器MM0071向其照射,接受其发射回来的激光,并转化为相应的电信号后传输给扭振仪2523进行放大和处理。得到用数码管显示的扭转角速度(deg/s),角位移(mdeg),转速(rpm)。并通过signal output与外接分析仪相接。其组成如图1。

1·1　传感器MM0071测量原理

传感器的发光元件是GaAlAs(镓铝砷),激光器总功率小于1.5mW,其光波长780nm。测量原理是利用光的多普勒效应,如图2。当发光源和受光点二者之间有相对运动,受光点得到的光频率和发光源的光频率不同,二者之差称为多普勒频移。激光器产生的激光由分光镜分成等强度的两束其间距为d的平行光,光束分别达到被测转轴A,B点,到达时的速度为vA,vB,在A,B点的反射光速度分别为vax,vbx,反射光聚于同一传感器上的光电探测器上,反射光的频率分别为fDA=2νAx/λ和fDB=2νBx/λ,经过光孔进入光电二极管,多普勒频移为fD=fDB-fDA=2ωd/λ,d=RA·cosαA+RB·cosαB。光电二极管输出的电信号,包含直流分量和交流分量,交流分量的频率为fD,fD代表了轴的旋转角速度ω。当轴有扭振时,ω围绕某一平均值上下波动,形成一个不连续变频、变幅的随机信号输出。

1·2　2523主机线路框图

MM0071传感器射出两平行光束,经转轴反射标记反射后,被传感器收集,转化为相应的电信号后送入一个滤波器组,将各滤波器的输出经幅度检测器进行比较,找出最大的滤波器的中心频率,即信号频率。该信号经过快速比较器,变成等幅等宽的矩形脉冲信号,再由锁相环线路解调得到一个正比于转速的直流信号和一个正比于角位移速度的交流信号。通过一适调放大器后输入1.5kHz的低通滤波器,滤掉无用的高频噪声。分3路输出,一路经0.1kHz的低通滤波器输出转速信号,另一路经积分器得到扭角位移信号,再一路不经积分器得到扭角速度信号。所获得的信号都送到可切换的4组高通滤波器和4组低通滤波器以及衰减器、放大器等组成的量程切换电路,最后到输出插口。其工作原理见图3。