一种激光多普勒测速仪检测标定装置

1.本实用新型属于激光多普勒测速仪的检测及标定领域，具体涉及一种激光多普勒测速仪检测标定装置。


背景技术：

2.激光多普勒测速技术是一种基于光学多普勒效应的高精度非接触式速度测量技术，具有非接触、抗电磁干扰等优点，被广泛应用于各种场合。根据直线运动规律，物体运动的速度和位移是同时产生的，在探测距离恒定的情况下对激光多普勒测速仪的测速精度进行检测和标定几乎是无法实现的；另外在实验室环境下，稳定、重复的生成某一运动速度也具有极大的难度，因此激光多普勒测速仪的测速精度和探测距离等技术指标的检测和校准存在极大难度。
3.基于上述问题，中国专利cn 110470863a公开了一种测速装置标定系统及标定方法，该系统包括调速电机、计数器和激光测速装置，调速电机的输出轴上设有转盘，转盘随输出轴转动，且在转盘的径向设有至少两个延长部，各个延长部在转盘的周向上均匀分布，至少在一个延长部上设有反光部，激光测速部与转盘的位置相对固定，激光测速部发射的光线垂直照射在反光部，计数器检测转盘的旋转圈数，通过激光测速部和反光部的配合，得到反光部第一切向速度，又通过计数器记录转盘的旋转圈数，同时根据反光部所在位置对应的旋转半径，得到反光部的第二切向速度，通过对两个切向速度进行对比，得到第一切向速度与第二切向速度的标定系数，实现对自由活塞测速装置的标定。
4.以上标定系统能够实现对自由活塞测速装置的标定，但是该系统存在以下问题：第一、转盘的径向设有至少两个延长部，该延长部不仅增加了标定系统的占用空间，还增加了转盘的转动惯量，使得转盘平衡性调整难度大幅增加，使其很难达到较好的平衡性，导致检测精度较低，装调困难；第二、该系统转动惯量大，使得整个测量过程中始终存在加速度，导致测量速度不稳定，检测精度降低；第三、转盘直接通过键与电机转轴连接，由于键配合存在间隙，扭矩传递不稳定而致转盘旋转跳动，最终使检测精度较低。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是解决现有标定系统存在占用空间大、装调困难、检测精度较低的问题，提供一种激光多普勒测速仪检测标定装置。该装置采用伺服电机带动转盘进行高速转动，可在实验室条件下生成任意运动速度，可作为标准速度基准，对激光多普勒测速仪进行检测和标定。
6.为实现以上实用新型目的，本实用新型的技术方案为：
7.一种激光多普勒测速仪检测标定装置，包括伺服电机、支撑底座、传动轴、转盘、胀套和测速装置；所述伺服电机设置在支撑底座上，其输出轴与传动轴连接；所述传动轴通过轴承组件设置在支撑底座上；所述转盘为圆盘结构，通过胀套安装在传动轴上，其端面设置有多个反光板和多个配重孔，多个反光板沿转盘的周向设置，且反光板的反光面将激光多
普勒测速仪发射的激光反射回激光多普勒测速仪；多个配重孔沿转盘端面周向均布，用于安装配重块；所述测速装置设置在支撑底座上，用于测量伺服电机输出轴的转速。
8.进一步地，所述轴承组件包括轴承座、轴承压盖、锁紧螺母、第一深沟球轴承和第二深沟球轴承；所述轴承座固定设置在支撑底座上，所述第一深沟球轴承和第二深沟球轴承套装在传动轴上，且分别安装在轴承座轴孔的两侧，所述第一深沟球轴承的一端通过轴承压盖和设置在传动轴上的台阶限位，另一端通过设置在轴承座轴孔内的台阶限位；所述第二深沟球轴承的一端通过设置在轴承座轴孔内的台阶限位，另一端通过套装在传动轴上的锁紧螺母限位。
9.进一步地，所述伺服电机通过电机固定座安装在支撑底座上，所述电机固定座为l形结构，包括基板和侧板，所述基板固定设置在支撑底座上，所述伺服电机固定设置在侧板上。
10.进一步地，所述支撑底座的上方设置有定位槽，所述基板通过定位槽设置在支撑底座上。
11.进一步地，所述配重孔为螺纹孔，所述配重块为配重螺栓。
12.进一步地，所述转盘的端面设置有多个减重孔，用于减轻转盘的重量。
13.进一步地，所述转盘的中心设置有安装凸台，所述转盘通过安装凸台、胀套安装在传动轴上。
14.进一步地，所述测速装置具体为电机转速测量仪或编码器。
15.进一步地，所述反光板的侧面设置有反光条或涂覆有反光漆，从而形成反光面。
16.进一步地，所述伺服电机的输出轴通过联轴器与传动轴连接。
17.与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果为：
18.1.本实用新型提供的激光多普勒测速仪检测标定装置中，将反光板直接设置在转盘上，转盘采用圆形对称结构，同时，在转盘的周向设置有多个配重孔及配重块，使得转盘的转动惯量极低，动平衡性好，转速起伏低，速度一致性较高，可稳定、重复生成任意运动速度，具有较高的检测精度。
19.2.本实用新型激光多普勒测速仪检测标定装置可实现测速精度和探测距离的独立检测及标定，运动速度通过调整伺服电机转速进行改变，探测距离通过调整激光多普勒测速仪与标定装置之间的距离进行改变，两者之间相互独立，互不影响。
20.3.本实用新型激光多普勒测速仪检测标定装置中，通过在伺服电机输出轴上设置测速装置，通过该测速装置获取标准速度，因此标准速度由伺服电机转速决定，而目前对伺服电机转速具有成熟的行业检测标准及检测仪器，因此对测速精度的计量溯源性好，使得标准速度精度较高，进而使得标定的精度较高。
21.4.本实用新型激光多普勒测速仪检测标定装置中，探测距离由米尺、激光测距机等长度计量设备进行测定，目前针对米尺、激光测距机等长度计量设备具有成熟的行业检测标准及检测仪器，因此对探测距离的计量溯源性好。
22.5.本实用新型激光多普勒测速仪检测标定装置工作过程中，转动最大速度较大，因此优选深沟球轴承，使用双轴承可使转盘转动稳定，保证激光多普勒测速仪测速的稳定性。
23.6.本实用新型激光多普勒测速仪检测标定装置中，转盘通过胀套安装在传动轴
上，胀套相比键连接的定心性较好，装卸方便，引起的应力集中较小，承载能力高，并且有安全保护作用，可保证转盘与传动轴的同轴性，使转动时的跳动极小。
24.7.本实用新型激光多普勒测速仪检测标定装置中，转动电机采用伺服电机，伺服电机控制精度高，转速稳定性好。
附图说明
25.图1为本实用新型激光多普勒测速仪检测标定装置的标定原理图；
26.图2为本实用新型激光多普勒测速仪检测标定装置的结构示意图；
27.图3为本实用新型轴承组件的结构示意图；
28.图4为本实用新型电机固定座的结构示意图；
29.图5为本实用新型转盘和胀套的主视图；
30.图6为图5的a
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a剖视图。
31.附图标记：1
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伺服电机，2
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电机固定座，3
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支撑底座，5
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轴承组件，6
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胀套，7
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转盘，8
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反光板，9
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传动轴，10
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联轴器，11
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激光多普勒测速仪，21
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基板，22
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侧板，31
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定位槽，501
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轴承座，502
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轴承压盖，503
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第一深沟球轴承，504
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第二深沟球轴承，505
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锁紧螺母，71
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配重孔，72
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减重孔，73
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安装凸台，81
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反光面。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。
33.本实用新型提供一种激光多普勒测速仪检测标定装置，可实现对激光多普勒测速仪的测速精度、探测距离等技术指标的检测和标定。检测标定时，伺服电机带动转盘进行高速运动，在转盘边缘固定两个反光板，当反光板的反光面与激光多普勒测速仪的激光照射方向垂直时，此时的运动线速度作为标准速度，对激光多普勒测速仪的测速精度进行检测和标定，通过改变伺服电机转速生成任意速度，通过改变反光面与激光多普勒测速仪之间的间距，从而实现对激光多普勒测速仪探测距离的检测和标定。
34.如图2所示，本实用新型激光多普勒测速仪检测标定装置包括伺服电机1、支撑底座3、转盘7、传动轴9、胀套6和测速装置。伺服电机1设置在支撑底座3上，其输出轴通过联轴器10与传动轴9连接。传动轴9通过轴承组件5设置在支撑底座3上，其右端设有键槽，便于通过半圆键与联轴器10连接，左端为光轴，便于与胀套6连接。转盘7为圆盘结构，通过胀套6安装在传动轴9上，其端面上设置有多个反光板8，多个反光板8以转盘7几何中心为圆心，呈中心对称分布，数量根据实际测试需求确定，优选数量为2个，反光板8的侧面设置有反光条或涂覆有反光漆，从而形成反光面81，反光面81将激光多普勒测速仪发射的激光反射回激光多普勒测速仪。测速装置用于检测伺服电机输出轴的转速，可采用现有较为精准的测速装置，例如，电机转速测量仪、编码器或霍尔传感器等，该测速装置具体可设置在支撑底座3上，也可安装在其他装置上，对其安装方式不限定，只要实现伺服电机的转速测量即可。转盘7高速转动时，当且仅当激光多普勒测速仪的激光照射方向与反光面81垂直时，激光多普勒测速仪能够接收到回波信号，可计算得到此时转盘7转动的线速度，通过调节伺服电机1转速，可模拟不同运动速度，通过调整反光面81与激光多普勒测速仪之间的相对距离，从而实现对激光多普勒测速仪测速精度、探测距离的检测和标定。
35.如图3所示，本实用新型激光多普勒测速仪检测标定装置中，轴承组件5具体可包括轴承座501、轴承压盖502、锁紧螺母505、第一深沟球轴承503和第二深沟球轴承504；轴承座501固定设置在支撑底座3上，第一深沟球轴承503和第二深沟球轴承504套装在传动轴9上，且分别安装于轴承座501左右两侧的轴孔内，第一深沟球轴承503的一端通过轴承压盖502和设置在传动轴9上的台阶限位，另一端通过设置在轴承座501轴孔内的台阶限位；第二深沟球轴承504的一端通过设置在轴承座501轴孔内的台阶限位，另一端通过套装在传动轴9上的锁紧螺母505限位，通过轴承压盖502与锁紧螺母505的调节配合使轴承达到理想的游隙。本实用新型标定装置工作过程中，转动最大速度较大，因此优选深沟球轴承，使用双轴承可使转盘7转动稳定，保证激光多普勒测速仪测速的稳定性。
36.本实用新型激光多普勒测速仪检测标定装置中，转盘7的端面上设置有多个配重孔71，多个配重孔71沿转盘7的端面周向均布，用于安装配重块，此时，该配重孔71可为螺纹孔，配重块可为配重螺栓，可通过固定配重螺栓的方式调节整个装置转动时的动平衡，实现对转盘7转动惯量快速方便的调整。
37.本实用新型激光多普勒测速仪检测标定装置中，转盘7通过胀套6安装在传动轴9上，胀套6与键连接相比，其定心性较好，装卸方便，引起的应力集中较小，承载能力高，并且有安全保护作用，可保证转盘7与传动轴9的同轴性，使转动时的跳动极小。
38.本实用新型激光多普勒测速仪检测标定装置中，伺服电机1具体可通过电机固定座2通过定位槽31安装在支撑底座3上，如图4所示，电机固定座2具体可为l形结构，包括基板21和侧板22，基板21固定设置在支撑底座3上，伺服电机1通过螺钉固定设置在侧板22上。同时，如图5和图6所示，转盘7的端面设置有多个减重孔72，用于减轻转盘7的重量。转盘7的中心设置有安装凸台73，转盘7通过安装凸台73、胀套6安装在传动轴9上。当拧紧胀套6上的螺钉时，在轴向力的作用下，胀套6的内、外套筒相互楔紧，内套筒缩小而箍紧传动轴9，外套筒胀大而撑紧转盘7的毂，进而达到传递转矩的目的。
39.如图1所示，当伺服电机1完成预热，转速稳定后，在伺服电机1的带动下，转盘7开始高速转动，做匀速圆周运动，当且仅当反光面81恰好运动到与激光多普勒测速仪11的激光照射方向垂直时，反光面81的运动线速度方向与激光多普勒测速仪11的激光照射方向平行，反射光能够被激光多普勒测速仪11所接收。若此时通过激光多普勒测速仪11测量得到速度值记作v1，由检测标定装置生成的标准速度记作v0，则激光多普勒测速仪11的测速精度δv可以表示为：
40.δv＝|v0‑
v1|
ꢀꢀ
(1)
41.其中，v1由激光多普勒测速仪测量得到，而v0由伺服电机1转速、反光面81和转盘7中心的间距共同决定，可以表示为：
42.v0＝2πrn
ꢀꢀ
(2)
43.其中，r表示反光面81和转盘7中心之间的距离，可由米尺、激光测距机等长度计量装置测量得到；n表示伺服电机1的转速，可由测速装置测量得到。
44.若需要对激光多普勒测速仪的探测距离或不同探测距离处的测速精度进行检测或标定，可通过移动激光多普勒测速仪与检测标定装置反光面81之间的距离实现，其中，距离可通过米尺、激光测距机等计量设备精确测量。