[发明专利]基于激光多普勒测速的转速测量系统

说明书

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。

技术领域

本发明涉及转速测量技术领域，尤其是一种基于激光多普勒测速的转速测量系统。

背景技术

旋转机械在能源、化工、电力、冶金等行业中均得到了广泛的应用，例如水电行业中的发电机组、核电行业中的反应堆冷却剂泵、交通运输行业中的涡轮增压器、油田开发行业中的潜油电索机组等。转速是反映旋转机械运行状况的重要参数，转速的实时准确测量对保证旋转机械的正常运行具有重要的意义。

现有的转速测量装置可分为直接测量装置和间接测量装置。转速直接测量装置是利用旋转机械转轴产生的周期性信号直接测量转轴转速，常用的装置有光电传感器、磁阻式传感器等。这些装置主要有以下两个缺点：(1)装置的正常运行往往需要在转轴上安装齿状结构或粘贴靶标，这既改变了转轴原有的工作状态，也给使用带来不便；(2)严格意义上，这些装置测量的是转轴一段时间的平均转速，测量精度的提高往往需要更长的测量时间，测量精度和实时性不可兼得。

转速间接测量装置是测量转轴转动的线速度进而得到转轴转速，常用的装置为激光多普勒测速仪，其主要缺点为：激光多普勒测速仪实际测量的是转轴转动线速度的分量，为了得到转轴转速，需要确切知道转轴切向与激光光束之间的夹角及转轴半径，而在实际应用中这两个参量均难以精确测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光多普勒测速的转速测量系统，以解决上述背景技术中所述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于激光多普勒测速的转速测量系统，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。

本发明中光束产生单元的实现形式不限，不限激光器类型、不限光路结构，能够输出两束波长已知且相互平行的光束即可。