专利名称：一种高电压微振动的数字式光电测量方法
技术领域：
本发明涉及 一 种高电压微振动的数字式光电测量方法。具体是将 某一波长的激光信号由光纤从低电位传送到高电位，光信号经过高电 位振动界面的反射后由传像光纤束传送到低电位的电荷耦合器，经过 对电荷耦合器像素的二值处理得到振动信号幅值的数字量。本发明属 于微振动光电测量领域。
背景技术：
由于高低电位之间需要 一 定的绝缘空间，所以对高电压微振动测 量的方法有一定的距离要求。目前可以使用的方法有反射光强式、光 谱共焦式和三角测量式三种。反射光强式和光谱共焦式的测量探头可
以是无源的，信号传输光纤能够满足高低电位之间的绝缘要求；但探 头与振动界面的距离要保持在数毫米之内才能得到较好的测量精度， 因此测量范围受到限制。 一般工业用途的反射光强式测量精度不高， 仅约1%左右；光谱共焦式的测量精度高，但其光学系统结构复杂、制 造成本十分昂贵，不适于一般工业用途。三角测量式利用了光的漫反 射，其有源部分不适于在高电位工作，数百毫米的最大测量距离仍然 难以在超高压、特高压条件下满足对绝缘距离和测量精度的双重要求。 另外，以上三种方法得到的是模拟振动信号，需要模数转换才能得到 数字振动信号，增加了额外的误差和时延。因此，现有的测量方法在 高电压微振动的测量中存在 一 些难以克服的问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种成本低、距离远、适于在高电压条件下 使用、不需要模数转换的数字式微振动光电测量方法。
本发明所述的方法是将一定波长的激光信号经光纤从低电位传送 到高电位，经准直器将光纤出射的发散光变成平行光，并以一个固定 的角度射向被测物体的振动界面， 一个光阑用来提高平行光光斑的清 晰度并调整平行光的边沿与振动界面的中心线重合，振动界面反射的 平行光经光学透镜组放大后射向传像光纤束，无振动时平行光的边沿 与传像光纤束的中心线重合，被测物体振动时该平行光的边沿在传像 光纤束的中心线左右移动，平行光边沿的位置就是振动信号幅值的大小，换言之，某一时刻振动信号幅值的大小，就是这一时刻平行光边 沿在传像光纤束上的位置。平行光边沿一侧的传像光纤有光信号输入， 另一侧没有光信号输入，传像光纤束将光信号从高电位传送到低电位
的电荷耦合器(CCD),传像光纤束的光纤与CCD的像素一一对应，经 由信号处理器对CCD的像素进行简单的二值判断，即有光信号或无光 信号，便可以确定平行光边沿在传像光纤束上的位置，从而在低电位 得到了振动信号的实时数字量。
本发明涉及的测量方法，其分辨率取决于振动时平行光边沿能够 扫描到的传像光纤的数量。例如，振动界面移动一毫米使平行光边沿 扫描了一千根传像光纤，则其分辨率为一微米。本发明中应用一个简 单的光学透镜组将平行光放大若干倍以提高分辨率。由于不需要模数 转换，实时测量所需要的时间仅等于相关像素的二值判断时间。另夕卜，
本发明对激光光斑的大小没有要求，对光强的要求也不高，只要边沿 足够清晰便可以了 。
本发明原理简单、测量准确、易于实现。
附图1是本发明的原理图。 附图2是本发明的具体实施图。
其中，[l]是激光信号源，[2]是激光信号传送光纤，[3]是准直器， [4]是光阑，[5]是振动界面，[6]是光学透镜组，[7]是传像光纤束，[8] 是电荷耦合器及信号处理器，[9]是绝缘子，[IO]是高压导线。
具体实施例方式
具体实施方式
如附图2所示，激光信号源[l]，激光信号传送光纤 [2],准直器[3]，光阑[4]，振动界面[5]，光学透镜组[6],传像光纤束 [7]和电荷耦合器及信号处理器[8]均置于绝缘子[9]中，[IO]是高压导 线，代表高电位。[l]和[8]置于低电位，[3], [4]， [5]、 [6]和[7] 的一端置于高电位并固定在绝缘子上，[2]将激光信号从低电位传送到 高电位，[7]将振动界面反射回来的光信号从高电位传送到低电位，[7] 中的光纤与[8]中CCD像素——对应。[8]中的信号处理器对CCD的像 素进行简单的二值判断，即有光信号或无光信号，便可以确定平行光 边沿在传像光纤束上的位置，从而在低电位得到了振动信号的实时数 字量。
权利要求
1、一种高电压微振动的数字式光电测量方法，其特征是激光信号由光纤从低电位传送到高电位，经高电位振动界面的调制后由传像光纤束传送到低电位的电荷耦合器，经信号处理器对电荷耦合器像素的二值判断得到振动信号幅值的数字量。
2、 根据权利要求1所述的高电压微振动的数字式光电测量方法， 其特征是激光信号在高电位经准直器和光阑调整后得到有清晰光斑 的平行光并以一定的角度发射到振动界面，无振动时平行光的边沿与 振动界面的中心线和传像光纤束的中心线重合，振动时平行光的边沿 在传像光纤束的中心线左右移动，平行光边沿一侧的传像光纤有光信 号输入，另一侧没有光信号输入，平行光边沿的位置就是振动信号幅 值的大小。
3、 根据权利要求1或2所述的高电压微振动的数字式光电测量方 法，其特征是传像光纤束将光信号从高电位传送到低电位的电荷耦 合器(CCD)，传像光纤束的光纤与CCD的像素一一对应，经由信号处 理器对CCD像素的二值判断，即有/无光信号，得到振动信号幅值的实 时数字量。
4、 根据权利要求1或2或3所述的高电压微振动的数字式光电测 量方法，其特征是用光纤和传像光纤束在高低电位间传递光信号并 实现高低电位间的电气隔离。
5、 根据权利要求1或2或3或4所述的高电压微振动的数字式光 电测量方法，其特征是设置在高电位的光学透镜组用来放大入射的 平行光以提高测量的分辨率。
6、 实现如权利要求1或2或3或4或5所述的高电压微振动的凝: 字式光电测量方法，其特征是根据高电压的不同等级使用不同长度 的光纤和传像光纤束以满足高低电位之间的绝缘要求。
7、 实现如权利要求6所述的高电压微振动的数字式光电测量方 法，其特征是根据对不同分辨率的要求使用不同放大倍数的光学透 镜组和不同光纤数量的传像光纤束。
全文摘要
本发明涉及一种高电压微振动的数字式光电测量方法。具体是将某一波长的激光信号由光纤从低电位传送到高电位并经准直器和光阑的调制后以固定角度平行发射到振动界面，经振动界面反射后光信号进入传像光纤束并传送到低电位的电荷耦合器(CCD)，界面的振动导致反射位置发生变化使反射光进入传像光纤束的不同部分，并进入与之对应的CCD的不同像素，对像素进行简单的二值判断，即有光信号或无光信号，便可以确定光信号在传像光纤束上的位置，从而得到振动信号幅值的数字量。本发明涉及的测量方法，其分辨率与振动时光信号扫描到的传像光纤的数量有关，易于实现纳米级分辨率。由于不需要模数转换，实时测量所需要的时间等于有关像素的二值判断时间。本发明原理简单、测量准确、易于实现。
文档编号G01H9/00GK101676694SQ20081021123
公开日2010年3月24日 申请日期2008年9月19日 优先权日2008年9月19日
发明者徐启峰 申请人:徐启峰