轴振动激光在线精密测量仪

　　1引言

　　发电厂的电机轴和其他动力装置的传动轴在运行时需要对其振动量进行在线测量。传统的轴振动在线测量仪利用电涡流式传感器，它存在着一些缺陷，如对被测材料敏感性强，对不同的轴材料要做相应的调整，更容易产生电磁干扰，严重影响测量精度。近年来国内外试图利用光纤传感器在线测量轴振动，从而解决电涡流式传感器测振所存在的问题，但也存在着温度漂移、调整困难和维护不便等问题。本文介绍一种使用激光和光电位置敏感器件PSD(positionsensitivedeteetor)的新型轴振动激光在线精密测量仪，该仪器具有非接触测量，测量范围大，灵敏度高，响应时间短，不受电磁干扰等优点。它不仅能完全替代电涡流式传感器在水冷发电机的轴振动测量中的应用，并且还能应用于大多数需要测量振动的场合，是新一代精确测振的方向。

　　2系统测量原理

　　位置敏感器件PSD(positionsensitivedeteetor)是一种对其感光面上人射光点位置敏感的光电器件。也就是当人射光点在器件感光面的不同位置时，PSD将对应输出不同的电信号，通过对此输出电信号的处理，即可确定人射光点在PSD的位置，人射光点的强度和尺寸对PSD的位置输出信号均无关，PSD的位置输出只与人射光点的“重心”位置有关。轴振动激光在线精密测量仪原理框图如图1所示，由控制电路产生一定频率的信号去控制半导体激光器LD，从而产生调制信号光源，光源经过调整后照到被测轴上，反射的光照在传感器(PSD)上，经处理电路后，产生反映轴振动量大小的电压信号，经滤波、放大后由微机系统采集，分析和处理，最后得到轴振动的测量值。

　　图2是该仪器的测振原理示意图。设D是运转时轴的振动幅度，x是对应于振动幅度D的反射光斑在PSD上的位移量，则两者的关系如下:

　　设相对于轴振动幅度D的PSD输出电压变化量为△V。可得:

　　式中:K为测量系数。通过定标可以确定振动量与输出电压的关系系数K。

　　式(2)是在理想情况下得到的，在实际的工作环境中，圆柱形的电机轴反射的光线会有一定程度的散射，造成信号光衰减和重心的偏移，散射的调制光源在巧D上产生干扰。此　　外，轴上各点处反射率不是恒定值，轴表面的划痕，油渍都会对输出信号造成一定程度的影响，对此，可通过减小光斑大小，增加光源强度等方法降低误差。

　　3电路与软件设计

　　本系统采用调制解调技术来去除信号光中的背景光干扰[56〕。电路系统主要包括光源调制驱动电路、PsD接收电路、前置放大电路、加减法电路、除法电路、信息解调电路、峰值测量电路等。峰值测量电路是一种特殊的采样一保持电路，跟踪反映轴振动幅值变化的电压信号，直到输人达到最大值时，峰值测量电路就自动保持其峰值。任何信号在一定的时间间隔内都存在着最大值，对于周期信号，峰值就是它的振幅，反映轴振幅的峰值示意图如图3所示。