[发明专利]一种基于无衍射光束的瞬时转速测量方法、装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及转速测量技术领域，尤其是涉及一种基于无衍射光束的瞬时转速测量方法、装置及系统。

背景技术

激光转速测量技术是通过照射在被测件表面上的激光斑点因转动速度所引起的多普勒效应来测量转速的。在针对回转件的转速测量中，影响测量的因素主要有激光光斑聚焦的大小与回转件的振动偏离所引起的离焦。被测回转件在相同转速的情况下，提高光学系统的景深和缩小激光光斑大小可以保证测量精度、降低装夹要求。

目前的激光转速测量仪，其光学系统一般都是采用高斯激光束照射在被测回转件的表面，将被测件的表面近似作为朗伯反射体，再经光学系统接收漫反射干涉光束的多普勒效应实现对转速的测量。这种高斯光束照射转速测量的方式光路系统复杂、离焦对测量精度的影响大以及装调繁琐等局限。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种基于无衍射光束的瞬时转速测量方法、装置及系统，解决现有的激光转速测量仪光路系统复杂、离焦对测量精度的影响大以及装调繁琐等问题。

本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：一种基于无衍射光束的瞬时转速测量方法，用于测量回转件的瞬时转速，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将单波长激光束进行准直扩束，然后分成相互垂直的第一激光束和第二激光束，其中第一激光束光路不变；

(2)改变第二激光束的光路，使其与第一激光束的光路平行；

(3)分别将第一激光束和第二激光束处理成无衍射光束，并各自照射到被测回转件上；

(4)将第一激光束经回转件表面的漫反射回光处理生成第一无衍射光束，并使其 沿原入射光路返回；将第二激光束经回转件表面的漫反射回光处理生成第二无衍射光束，并使其沿原入射光路返回；

(5)将返回的第一无衍射光束和第二无衍射光束重新汇合到一起，并使其汇聚产生干涉光，探测出干涉光的光强变化频率Δf，然后根据公式计算出回转件的瞬时旋转速度N，公式中：λ为单波长激光束的波长，为回转件轴线方向上的单位向量，为第一激光束在回转件上照射点的径向方向，为第二激光束在回转件上照射点的径向方向。

优选的，回转件放置在第一激光束处理成的无衍射光束和第二激光束处理成的无衍射光束的无衍射范围之内。

优选的，在第一无衍射光束和第二无衍射光束的无衍射范围之内，汇聚第一无衍射光束和第二无衍射光束产生干涉光。

优选的，第一激光束和第二激光束与回转件中心轴之间的异面直线距离相等，且第一激光束在回转件上照射点和第一激光束在回转件上照射点位于回转件的一个径向截面的圆周上。

一种实施所述方法的基于无衍射光束的瞬时转速测量装置，其特征在于，该装置包括：

激光器，用于发射单波长激光束；

准直扩束器，用于对单波长激光束进行准直扩束；

分束镜，用于将单波长激光束分成相互垂直的第一激光束和第二激光束，其中第一激光束光路不变，同时用于将返回的第一无衍射光束和第二无衍射光束重新汇合到一起；

平面反射镜，用于改变第二激光束的光路，使其与第一激光束的光路平行，同时用于改变第二无衍射光束的光路，使其与第一无衍射光束垂直相交；

第一圆锥透镜，用于将第一激光束处理成无衍射光束，同时用于将第一激光束经回转件表面的漫反射回光处理生成第一无衍射光束；

第二圆锥透镜，用于将第二激光束处理成无衍射光束，同时用于将第二激光束经回转件表面的漫反射回光处理生成第二无衍射光束；

聚焦透镜，用于汇聚第一无衍射光束和第二无衍射光束，并使其产生干涉光；

光电探测器，用于探测出干涉光的光强变化频率Δf；

数据处理模块，根据公式计算出回转件的瞬时旋转速度。

优选的，聚焦透镜与第二圆锥透镜之间的距离值小于第二圆锥透镜所产生的最大无衍射传播范围，聚焦透镜与第一圆锥透镜之间的距离值小于第一圆锥透镜所产生的最大无衍射传播范围。

优选的，第二圆锥透镜和第一圆锥透镜的产品参数一致。

优选的，光电探测器的光敏面位于聚焦透镜的焦平面处。

一种根据所述装置制成的测量系统，其特征在于，该测量系统包括所述的装置和回转件，该回转件与第二圆锥透镜之间的距离值小于第二圆锥透镜所产生的最大无衍射传播范围，该回转件与第一圆锥透镜之间的距离值小于第一圆锥透镜所产生的最大无衍射传播范围。

优选的，所述回转件上被第一激光束和第二激光束所照射的侧壁上贴有漫反射薄膜。