非接触式激光测振仪
非接触式振动测量技术在机械设备监测中的应用和数据处理方法介绍
非接触式振动测量技术在机械设备监测中的应用和数据处理方法介绍引言:随着科技的进步和工业制造的快速发展，机械设备在各行各业中起到了至关重要的作用。
然而，由于长时间的运转和物理因素的影响，设备的振动问题不可避免地存在。
振动问题可能导致设备的故障、性能下降甚至是机械事故的发生，因此，及时准确地监测和分析设备振动成为了工程师们的重要任务。
非接触式振动测量技术作为发展迅猛的领域之一，为工程师们提供了一种高效、准确的解决方案。
本文将详细介绍非接触式振动测量技术及其在机械设备监测中的应用，并介绍常用的数据处理方法。
非接触式振动测量技术概述:非接触式振动测量技术可以通过感应、光学等方式，实时地获取目标物体的振动状态。
与传统接触式测量方法相比，非接触式技术具有不损伤被测物体、易于操作等优点，因此在机械设备的振动监测中得到了广泛应用。
非接触式振动测量技术主要包括激光多普勒测量法、电容传感器测量法以及图像处理技术等。
应用案例一: 激光多普勒测量法在风力发电设备中的应用风力发电设备作为可再生能源的重要代表，在发电过程中需要应对严酷的环境和高速旋转的风机叶片。
激光多普勒测量法通过激光束的干涉效应，可以精确地测量旋转叶片的振动频率和振幅，进而判断设备是否存在异常。
基于该测量数据，工程师可以及时采取相应的调整措施，以保证风力发电设备的安全运行。
应用案例二: 电容传感器测量法在汽车制造中的应用汽车制造中，发动机的振动问题是一个不容忽视的课题。
电容传感器测量法利用电容元器件的变化来测量发动机的振动情况，通过将传感器安装在发动机的关键部位，如缸体和曲轴，可以实时监测发动机的振动状态。
通过对振动数据的分析和对比，工程师可以及时发现发动机的异常振动，避免进一步的损坏。
数据处理方法介绍:非接触式振动测量技术提供了大量的振动数据，如何对这些数据进行合理的处理和分析是实现设备监测的关键。
下面介绍几种常用的数据处理方法。
1. 傅里叶变换:傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的方法。
某机翼结构的固有频率和振型分析
Open Journal of Acoustics and Vibration 声学与振动, 2019, 7(1), 12-19Published Online March 2019 in Hans. /journal/ojavhttps:///10.12677/ojav.2019.71002Analysis for Natural Frequency and ModeShape of Wing StructureLiang Chen, Jinwu Wu, Hanqing LiCollege of Aero Engineering, Nanchang Hangkong University, Nanchang JiangxiReceived: Feb. 10th, 2019; accepted: Feb. 22nd, 2019; published: Mar. 1st, 2019AbstractIn this electronic document, the FEM is used to simulate and analyze the natural frequency and vi-bration mode of a certain UAV composite wing. By using the non-contact laser vibrometer equip-ment, in order to eliminate the influence of boundary conditions on the vibration characteristics of the wing structure, the vibration characteristics of the wing are measured by free boundary conditions, and the first 4 natural frequencies and vibrations of the composite wing are obtained.At the same time, the finite element simulation results are compared. The calculation results show that the simulation results are basically consistent with the experimental results.KeywordsWing Structure, Experimental Analysis, Natural Frequency, Mode Shape某机翼结构的固有频率和振型分析陈亮，吴锦武，李汉青南昌航空大学飞行器工程学院，江西南昌收稿日期：2019年2月10日；录用日期：2019年2月22日；发布日期：2019年3月1日摘要本文采用有限元和试验对某一无人机复合材料机翼的固有频率和振型进行仿真和实验分析。
多普勒激光测振仪扫描式激光测振仪影像测量仪
Hale Waihona Puke 应用领域MEMS器件（微机电系统）的振动特性 连续的频域振动特性 MEMS的故障分析以及可靠性测试 MEMS运动特性分析
参数
点直径 频率响应范围 最大测量速度
低通滤波 * 可定制
物镜
MLV-100 显微激光测振仪
10um *
1Hz–100KHz,50KHz-1.5MHz *
面外
50mm/sec ,500mm/s,3m/sec
30mm 120mm/s，12m/s（可选）
5Hz~100kHz 1.00%
4um/s，400um/s（可选） 1.6nm 0.04nm
0.00157g 0.063g
１１
显微激光测振仪
简介
MLV-100显微激光测振仪通过显微光学系统可实现对微小 物体的振动测量，使激光光斑达到微米量级，提高测量的准确 性，并可通过显微成像系统实时观察物体的振动状态。
特点
对各类型振动进行非接触测量 多功能和精确的算法提供所有有用信息 动态测量范围广 >90dB 设计紧凑、结构牢固 使用红色激光，安全可见 完整的解决方案：包含了光学、信号处理、软件以及数据采集 便携，可固定于三角架
２
３
远距离激光测振仪
简介
LV-S01-LD 远距离激光测振仪采用先进的动态激光干涉技术 和光电图像处理技术，以非接触式测量方式，对各种物体的变形 及振动、速度及位移等进行测量。它由激光测振系统、振动控制 器和图象处理器等组成。可与望远镜系统相匹配，实现大型物体 的远距离测试。
激光测振仪公式
激光测振仪公式
激光测振仪是一种利用激光技术进行振动测量的仪器。
它通常利用激光的干涉原理，通过测量目标表面上的振动引起的光程差变化来确定振动的幅度和频率。
激光测振仪的公式可以表示为：
$$\Delta z= \frac{2 \Delta L}{n}$$
其中：
- $\Delta z$是目标表面上的位移变化量
- $\Delta L$是光程差的变化量
- $n$是介质的折射率
激光测振仪的原理是利用激光束与目标表面相交后，在目标表面上发生干涉现象。
当目标表面发生振动时，引起光束的入射点和出射点位置的微小变化，从而引起光程差的变化。
根据干涉的原理，我们可以通过测量光程差的变化来确定目标表面的振动状态。
激光测振仪通常包括激光发射器、光学系统、探测器和信号处理器等组成部分。
激光发射器发射出具有一定特性的激光束，经过光学系统聚焦到目标表面上。
当目标表面发生振动时，引起光程差的变化。
探测器接收到经过目标表面反射回来的激光束，通过信号处理器处理后输出振动的信息。
激光测振仪广泛应用于工程领域中对振动进行精确测量和分析
的需求，如机械振动、结构振动、声振动等。
它具有测量范围广、精度高、非接触式等优点，是一种重要的振动测量工具。
激光测振仪公式
激光测振仪公式
摘要：
1.激光测振仪概述
2.激光测振仪的工作原理
3.激光测振仪的应用领域
4.激光测振仪的优缺点
5.结语
正文：
一、激光测振仪概述
激光测振仪是一种先进的非接触式测量仪器，可以对物体的振动特性进行可视化测量分析。
它通过在单点激光测振仪前面加两个扫描镜，运动控制系统控制扫描镜的偏转角度，来实现x、y 方向上的扫描测振。
此外，激光测振仪还配备摄像系统和软件分析系统，能实现二维、三维动画显示及数据分析等功能。
二、激光测振仪的工作原理
激光测振仪的工作原理是利用激光束对物体表面进行扫描，通过测量激光束在物体表面上的反射时间和幅度变化，来分析物体的振动特性。
配备的摄像系统可以捕捉物体表面的激光反射信号，并将其传输给软件分析系统，从而实现对物体振动的实时监测和分析。
三、激光测振仪的应用领域
激光测振仪广泛应用于大型结构、高温、柔软物体等接触式测量无法满足
的振动测量场景。
此外，激光测振仪还可以用于机械制造、航空航天、汽车工程、土木工程等领域，对各种结构和材料的振动特性进行测量和分析。
四、激光测振仪的优缺点
激光测振仪具有非接触式测量、高精度、高效率、灵活性高等优点。
但是，激光测振仪也存在一定的局限性，例如对测量距离和物体表面的反射性能有一定的要求，同时在复杂环境下的测量精度可能会受到影响。
五、结语
激光测振仪作为一种先进的非接触式测量仪器，具有广泛的应用前景和重要的实用价值。
激光测振原理及应用
（17—16）
由（17—15）式、（17—16）式解得速度分量为
Vx
= Vzx
− Vz cosθ sin θ
（17—17）
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Vy
=
Vzy
− Vz cosψ sin ψ
图 17—7 用时间平均法 ESPI 测量传统乐器 Veena 振动的图像
涉条纹不随振幅增加而衰减，缺点是振动节线不明显。该方法对非正弦振动也可以进行测量。 随着激光技术的飞速发展，多脉冲激光器发出的脉冲激光的光脉冲时间极短，约为几十
纳秒，可以用来做全息振动测量的光源。
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v x
u
个位移分量的时间函数， u(x, y, z, t), v(x, y, z,t), w(x, y, z,t) 。 在 非 接触式测量方法中，各种激光测量方法， 因原理不同，可以分别实现物体表面的点
w z
图 17—1 物体的振动及坐标系
测量或物体表面的面（场）测量，并且激
光束的入射方向与物体的表面法线方向应满足一定的几何要求。
间隔δt 中，假定 P 移动到 P′ 的距离为 Vδt。 在光程中周期数将减少为
− δn
=
PN λ
+
PN ′ λ ′′
（17—7）
其中 PN 和 PN′分别是向 SP 和 PO 作的垂线，PP′为无限小，λ 和λ″ 是散射前后的波长。
（17—7）可表示为
− δn
=
Vδt
cos θ1 λ
+
非接触激光检测技术在排架柱振动测试中的应用
（ １ ．Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ８ Ｌ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｅｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ，Ｈｏ ｈ ａ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ．，Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ９ ８，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ；２ ．Ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ｙ ｕ ａ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ 一
ｔ ｅ ｏ ｆ Ａｒ ｃ ｈｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ＆ Ｃｉ ｖ ｉ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ４ ５ ０ ０ ０ ７ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔｈｒ ｏｕ ｇｈ ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ， ＰＤＶ一 １ ０ ０ ｄ ｉ ａ ｇ ｏｎ ａ ｌ ｍｅ ａ ｓ ｕｒ ｅ ｍｅ ｎｔ ｏ ｆ ｂｏ ｄｙ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎｓ ｇｅ ｎｅ ｒ ａ ｌ ｒ ｕｌ ｅ ｉ ｓ ｏｂ — ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ；ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ａ ｐｐ ｌ ｙ ｉ ｎ ｇ ｉ ｔ ｔ ｏ ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｒ ｕ ｎ — ｔ ｉ ｍｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ｈｅ ａ ｄ ｃ ｒ ａ ｎｅ ｖｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ａ ｕｓ ｅ ｄ ｂｙ ｂｅ ｎｔ ｃ ａ ｐ ｉ ｔ ａ ｌ ｓ ．Ｆｉ ｒ ｓ ｔ ｌ ｙ，ｖ ｉ ｂ ｒ ａ — ｔ ｉ ｏ ｎ ｖｅ ｌ ｏｃ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｂｅ ｎ ｔ ｔ ｏｐ ａ ｌ ｏ ｎｇ ｌ ｉ ｇ ｈｔ ｐ ａ ｔ ｈｓ ａ ｒ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ＰＤＶ一 １ ０ ０ ａ ｔ ｔ ＷＯ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ． Ａｎ ｄ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎｄ ｌ ｙ，ｖｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏｆ ｔ ｈｅ ｂ ｅ ｎｔ ｔ ｏ ｐ ａ ｌ ｏ ｎｇ ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｄｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎｄ ｐ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ｄｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｒ ａ ｉ ｌ ａ ｒ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ． Ｖｅ ｌ ｏｃ ｉ ｔ ｙ ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ ｉ ｓ ｃ ｈａ ｎ ｇｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｄ ｉ ｓ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ｍｅ ｎｔ ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ ｂｙ ｔ ｈｅ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｏ ｆ ｉ ｎｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｌ ｔ ｒ ａｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍａ — ｔ ｉ ｏｎ ． Ｔｅ ｍｐ ｏ ｒ ａ ｌ ｃ ｕｒ ｖ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｖ ｉ ｂｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄｉ ｓ ｐｌ ａ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｏｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ．Ｔｈ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｖｅ ｒ ｙ ｕｓ ｅ ｆ ｕｌ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈｅ ｃ ａ ｓ ｅ ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎｓ ｔ ｒ ｕｍｅ ｎ ｔ ｃ ａ ｎ ｎｏ ｔ ｂｅ ａ ｒ ｒ ａ ｎ ｇｅ ｄ ｏｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｖｉ ｂｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｕｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｉ ｔ ｅ ｃ ｏ ｎｄ ｉ —
激光测振仪
激光测振仪
激光测振仪简介
激光测振仪是基于光学干涉原理，采用非接触式的测量方式，可以应用在许多其他测振方式无法测量的任务中。
频率和相位响应都十分出色，足以满足高精度、高速测量的应用。
使用非接触测量方式，还可以检测液体表面或者非常小物体的振动，同时，还可以弥补接触式测量方式无法测量大幅度振动的缺陷。
激光测振仪原理
He-Ne 激光器发出一定频率的偏振光（设频率为F0）由分光镜分成两路，一路作为测量，一路用于参考。
测量光通过声光调制器具有一定频移（F）,再被聚焦到被测物体表面，物体振动引起多普勒频移（f）。
系统再收集反射光与参考光汇聚在传感器上，这样两束光产生在传感器表面产生干涉，干涉信号的频率为F+f，携带了被测物体的振动信息。
信号处理器将频移信号转换为速度和位移信号。
应用领域
激光测振仪采用非接触式动态干涉测量技术，在以下各方面有广泛的应用：
l 马达回转动态精度测试；
l 机床动态精度测试；
l 生命科学、医学、动物学研究；
l 汽车工业：发动机、齿轮、制动器、轮胎、排气系统、车身等；
l 微机电系统（MEMS）动态测试；
l 桥梁、建筑振动测试。
激光测振仪主要技术参数
操作温度
3°C~45°C
操作湿度
<90% 电源
100~230Vrms 50-60hz 激光
氦氖激光632.8nm 工作距离
0.35m~20m 最大速度范围
10m/s 频率范围
DC~2.5MHz 典型精度 1% 激光测振仪光学头 激光测振仪控制箱。