[发明专利]一种振动测量装置以及振动测量方法

说明书

一种振动测量装置，包括激光测量组件、多普勒测量组件、信号收发组件以及与激光测量组件、多普勒测量组件电连接的分析计算器；激光测量组件与多普勒测量组件发射的激光在信号收发组件进行合束后发射至目标，信号收发组件接收从目标反射的光信号，并进行分束后分别进入激光测量组件和多普勒测量组件；激光测量组件根据脉冲激光测距法测量振动位移量，多普勒测量组件根据激光多普勒法测量振动速度，时间序列的位移量与速度值输送至分析计算器以进行卡尔曼滤波算法的融合处理。此外本发明还提供了一种振动测量方法，可远距离测量低频振动。与现有技术相比，本发明的振动测量装置和振动测量方法能实现降低对测量设备性能依赖的同时，保证检测精度。

技术领域

本发明涉及监测技术领域，特别是涉及一种振动测量装置以及振动测量方法。

背景技术

振动广泛存在生活中。例如，汽车、火车经过桥梁时会引起桥梁的振动，台风等吹过超高层建筑物、大坝等时也会引起建筑物的振动。尽管这些振动不容易引起人们肉眼的察觉，但是振动所产生的应力长期积累，会导致结构松动、损坏，对安全性和可靠性造成影响，因此需要对振动的幅度、频率等进行监测。精确可靠的监测为建筑物等监控目标的维护提供数据，杜绝安全隐患。

现有技术中，对于振动的监测方式分为接触式与非接触式。在监控目标上设置传感器一类的接触式监测方式能直接获取振动数据，比较直观、简单。但是对于大型建筑物，在不同位置上的振动情况可能不一样，因此需要在不同位置设置多个传感器，从而导致成本高，而且传感器安装、调整难度大，无法实现远程监控。而利用光学干涉原理、GPS定位等非接触式监测方式对设备性能的依赖性较高。高配置的设备虽然能实现高精度的监测，但是往往成本高、设备占用空间大，而低配置的设备虽然能降低成本、减少占用空间，但是往往精度不理想，特别是对于超高层建筑物的高层位置，其监测精度受到限制，无法同时满足远程监测与近程监测的要求。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种能实现降低对测量设备性能依赖的同时，保证检测精度的振动测量装置，实现远距离非接触式的合作和非合作目标的低频振动测量。

本发明采取的技术方案如下：

一种振动测量装置，包括激光测量组件、多普勒测量组件、信号收发组件以及与所述激光测量组件、所述多普勒测量组件电连接的分析计算器；所述激光测量组件与所述多普勒测量组件发射的激光在所述信号收发组件进行合束后发射至目标，所述信号收发组件接收从所述目标反射的光信号，并进行分束后分别进入所述激光测量组件和所述多普勒测量组件；所述激光测量组件根据脉冲激光法测量振动位移量，所述多普勒测量组件根据激光多普勒法测量振动速度，时间序列的位移量与速度值输送至所述分析计算器以进行卡尔曼滤波算法的数据融合处理。

与现有技术相比较，本发明的振动测量装置同时使用脉冲激光测距法和激光多普勒测振法两种测量振动方法，通过卡尔曼滤波算法融合，获得高精度的振动信息。脉冲激光测距法监测激光器发射的激光经反射到目标表面返回后接收，记录激光束的往返时间，然后光速和往返时间的乘积的一半就是测量目标到激光器的位移。长时间监测则得到时间序列的动态位移，从而直接得到目标的动态振动情况。由于脉冲法激光测距监测的是激光的强度，激光强度受环境干扰大，所以目标振动的时间序列具有较高的噪声水平。激光多普勒测振法测量的是目标振动导致的激光多普勒效应，测量的是振动目标的速度，通过对测量速度的数值积分来估计位移。这样，激光多普勒测振法可以达到比脉冲激光测距法更低的噪声水平。但是由于激光多普勒测振估计的位移存在积分误差，长时间测量误差会积累。可以利用数据融合技术利用脉冲激光测距法和激光多普勒测振测量数据估计高精度的位移，通过卡尔曼滤波算法克服各自测量方法的局限性，使得数据能在脉冲激光测距法与激光多普勒测振法两种测量方法的结合下获得高精度测量，这样利用了脉冲激光测距法的位移和激光多普勒测振法的速度测量的优点，有效地减小了各自的缺点，实现远程动态位移的实时估计，积分误差最小，采样率高，噪声水平低，从而减低对设备性能的依赖程度，降低设备成本与占用空间。