[发明专利]基于渐变透过率滤镜的振动信号提取装置

说明书

技术领域

本发明涉及测振技术领域，具体涉及一种基于渐变透过率滤镜的振动信号提取装置。

背景技术

振动信号的非接触测量，在建筑物和桥梁安全监测以及反恐监听等方面具有现实的运用价值，通过光学方法实现振动信号的非接触读取，能够大大拓展振动信号的测量应用范围。由受迫振动的原理可知，建筑物、桥梁或玻璃的振动频率与振动源是一致的。因此，检测受迫振动体的振动幅度和频率即可获知振动源的振动信息。

通过光束照射振动体反射面，反射面因为振动会引起反射光在同一平面上下来回波动，该波动携带了受迫振动体的振幅和频率信息。但大部分情况下，受迫振动体的振幅较小，导致反射光束横向摆动的距离很小，且现有技术中有使用部分反射光斑进入光电接收器的方法来接收振动信号，可以完整解调信号的频率，但恢复的振动信号波形有比较明显的失真。

发明内容

本发明提供一种基于渐变透过率滤镜的振动信号提取装置，结构简单，成本低廉，可有效提取振动信号波形。

本发明的技术方案是：基于渐变透过率滤镜的振动信号提取装置，包括：激光器、渐变透过率滤镜、凸透镜、光电传感器和数据采集系统；

所述激光器发射激光光束至待测振动体的光学反射面，形成的反射光依次通过同轴设置的渐变透过率滤镜和凸透镜；然后被设置在凸透镜焦点处的光传感器接收，光传感器输出的信号由数据采集系统采集。

进一步地，所述光电传感器包括依次连接的光电管、前置放大电路、低通滤波电路和二级放大电路。

进一步地，沿反射光方向，在所述渐变透过率滤镜之前设置一带通滤光片。

进一步地，所述激光器为650nm 5mW的半导体激光模组。

进一步地，所述渐变透过率滤镜型号为ND8。

本发明具有有益效果：选用透过率变化梯度大的渐变滤镜，使光束的光强随振动频率产生变化，将等光强的摆动反射光转换为强度波动的光信号，提高信号检测的灵敏度；使用带通滤光片，滤除激光波长以外的大部分杂散干扰光，提高检测系统的信噪比。

附图说明

图1是本发明工作原理图；

图2是本发明光电传感器结构示意图；

图3是本发明一实施例的前置放大电路示意图；

图4是本发明一实施例的二级放大电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，基于渐变透过率滤镜的振动信号提取装置，包括：激光器、渐变透过率滤镜、凸透镜、光电传感器和数据采集系统；

激光器发射激光光束至待测振动体的光学反射面，形成的反射光依次通过同轴设置的渐变透过率滤镜和凸透镜；然后被设置在凸透镜焦点处的光传感器接收，光传感器输出的信号由数据采集系统采集。

在本发明一实施例中，如图2所示，光电传感器包括依次连接的光电管、前置放大电路、低通滤波电路和二级放大电路。光电管为PIN光电二极管，前置放大电路和二级放大电路选用AD620，这是一款低成本、高精度的仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，具有输入阻抗高、低噪声等特点。前置放大电路和第二级放大电路如图3和图4所示。低通滤波电路采用Maxim公司的5阶集成巴特沃斯低通滤波器，其型号为MAX7410，采用5V供电，依据待测量的振动信号，改变低通滤波输入时钟信号的频率，从而实现良好的匹配。

在本发明一实施例中，沿反射光方向，在所述渐变透过率滤镜之前设置一650nm的带通滤光片。

在本发明一实施例中，所述激光器为650nm 5mW的半导体激光模组，该模组内安装有650nm激光二极管，恒定功率驱动电路板和准直透镜，导线接通5V直流电源即可点亮，发出准直性好的红色激光束；模组前端透镜部分可旋转，可调整光斑的大小，方便信号接收端对准接收反射光信号。

在本发明一实施例中，所述渐变透过率滤镜型号为ND8，透过率变化梯度大。因为受迫振动的振幅较小，反射光束横向摆动的距离很小，应用透过率变化梯度大的滤镜可有效提高信号检测的灵敏度。

在本发明一实施例中，使用音箱发出音频信号，让建筑物的玻璃做受迫振动；将激光器和反射光接收部分分别安装固定在三脚架上，调整合适的光束入射角，调整反射光接收部分的位置，将玻璃上反射来的光斑全部投射入透镜，经数据采集系统采集处理，使用耳机可以成功监听到音箱发出的音频振动信号或使用示波器观测提取到的振动信号。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。