一种检测物体振动的检测装置及方法与流程

1.本发明涉及光传感技术领域，更具体地说，涉及一种检测物体振动的检测装置及方法。


背景技术：

2.物体振动检测是对物体表面受到的未知外界振动以及自身内部振动检测的有效手段；目前的振动检测手段多采用分布安放在物体表面的多个点式振动传感器实现；点式振动传感器在进行振动检测时有两方面缺点，一方面是点式振动传感器的体积较大，而且需要多点供电；另一方面是点式振动传感器的位置准确度较低；如果需要增加检测点的密度，则会进一步增加供电和体积的压力。
3.因此，发明一种节约电能且体积较小的检测装置成为了一个亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种检测物体振动的检测装置及方法，技术方案如下：
5.一种检测物体振动的检测装置，所述检测装置包括：
6.光纤；所述光纤位于所述待检测物的表面；
7.与所述光纤的一端连接的振动传感组件；所述振动传感组件用于向所述光纤发射检测光信号，并且接收所述检测光信号在所述光纤中进行反射后的反射光信号；
8.所述振动传感组件还用于根据所述反射光信号来检测所述待检测物的振动信息。
9.可选的，在上述检测装置中，所述检测装置还包括：
10.位于所述光纤与所述待检测物之间的具有二维坐标轴的柔性介质；位于所述待检测物的表面上的所述光纤的任意位置到所述振动传感组件之间的光纤长度与所述二维坐标轴的坐标位置一一对应；
11.所述振动传感组件还用于根据所述反射光信号获取所述待检测物上振动位置对应的光纤长度。
12.可选的，在上述检测装置中，所述光纤在所述柔性介质上多次弯曲排布，且所述光纤没有任何交叠。
13.可选的，在上述检测装置中，所述光纤在所述柔性介质上多次弯曲排布；所述光纤在所述柔性介质上的正投影形成网格状。
14.可选的，在上述检测装置中，所述待检测物的表面具有多个第一区域，所述光纤在所述第一区域环绕设置形成光纤卷。
15.可选的，在上述检测装置中，所述检测装置还包括：
16.光纤接口；所述光纤接口包括第一连接端以及第二连接端；
17.所述第一连接端与所述振动传感组件连接，所述第二连接端与所述光纤的第一端连接。
18.可选的，在上述检测装置中，所述振动传感组件包括：
19.脉冲光源；所述脉冲光源用于发射所述检测光信号；
20.光环型器；所述光环型器包括：第三连接端、第四连接端与第五连接端；所述第三连接端与所述脉冲光源连接；所述第四连接端与所述第一连接端连接；所述第五连接端与光接收器的输入端连接；
21.控制器；所述控制器包括第六连接端与第七连接端；所述第六连接端与所述脉冲光源连接；所述第七连接端与所述光接收器的输出端连接。
22.可选的，在上述检测装置中，所述光纤的数量为n，n≥1，且n为正整数；
23.一条所述光纤对应一个所述振动传感组件。
24.可选的，在上述检测装置中，所述检测装置还包括：
25.集中控制器，所述集中控制器与所述振动传感组件连接，用于控制所述振动传感组件的工作状态。
26.一种检测物体振动的检测方法，基于上述任一所述的检测装置，所述检测方法包括：
27.控制振动传感组件向光纤发射检测光信号，并接收所述检测光信号在所述光纤中进行反射后的反射光信号，并根据所述反射光信号来检测所述待检测物的振动信息。
28.相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：
29.本发明提供了一种检测物体振动的检测装置，所述检测装置包括：光纤；光纤位于待检测物的表面；与光纤的一端连接的振动传感组件；振动传感组件用于向光纤发射检测光信号，并且接收检测光信号在光纤中进行反射后的反射光信号；振动传感组件还用于根据反射光信号来检测待检测物的振动信息。
30.在该检测装置中，将光纤分布在待检测物的表面，振动传感组件向光纤发射检测光信号后，光纤对该检测光信号进行传输，在传输的过程中该检测光信号在光纤中进行反射形成反射光信号，振动传感组件根据反射光信号就可以检测出待检测物的振动信息；例如，与待检测物的不振动位置反射的反射光信号相比，在待检测物的振动位置得到的反射光信号的相位发生改变，振动传感组件基于反射光信号相位的改变就可以检测出待检测物的振动信息；由于光纤具有弯折柔性，因此在该检测装置中采用光纤进行检测，可以减小检测装置的体积，同时采用光纤也可以减少供电压力。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
32.图1为本发明实施例提供的一种检测物体振动的检测装置的结构示意图；
33.图2为本发明实施例提供的振动传感组件的结构示意图；
34.图3为本发明实施例提供的另一种检测物体振动的检测装置的结构示意图；
35.图4为本发明实施例提供的一种光纤位置的结构示意图；
36.图5为本发明实施例提供的另一种光纤位置的结构示意图；
37.图6为本发明实施例提供的又一种光纤位置的结构示意图；
38.图7为本发明实施例提供的又一种光纤位置的结构示意图。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.光纤是一种尺寸精巧且无需供电的一维延伸柔性物体，常见的光纤为玻璃材质或者聚合物材质，其径向抗张力能力强，轴向有弯折柔性，具有可编织性；光纤的轴向长度可达若干千米，因此可以密集回环覆盖一定面积的待检测物表面。
41.基于此，本发明提供了一种检测物体振动的检测装置，所述检测装置包括：光纤；光纤位于待检测物的表面；与光纤的一端连接的振动传感组件；振动传感组件用于向光纤发射检测光信号，并且接收检测光信号在光纤中进行反射后的反射光信号；振动传感组件还用于根据反射光信号来检测待检测物的振动信息。
42.在该检测装置中，将光纤分布在待检测物的表面，振动传感组件向光纤发射检测光信号后，光纤对该检测光信号进行传输，在传输的过程中该检测光信号在光纤中进行反射形成反射光信号，振动传感组件根据反射光信号就可以检测出待检测物的振动信息；例如，与待检测物的不振动位置反射的反射光信号相比，在待检测物的振动位置得到的反射光信号的相位发生改变，振动传感组件基于反射光信号相位的改变就可以检测出待检测物的振动信息；由于光纤具有弯折柔性，因此在该检测装置中采用光纤进行检测，可以减小检测装置的体积，同时采用光纤也可以减少供电压力。
43.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
44.参考图1，图1为本发明实施例提供的一种检测物体振动的检测装置的结构示意图；所述检测装置包括：
45.光纤01；所述光纤01位于所述待检测物02的表面。
46.与所述光纤01的一端连接的振动传感组件03；所述振动传感组件03用于向所述光纤01发射检测光信号，并且接收所述检测光信号在所述光纤01中进行反射后的反射光信号。
47.所述振动传感组件03还用于根据所述反射光信号来检测所述待检测物02的振动信息。
48.具体的，光纤01用来检测待检测物02的振动信息，位于待检测物02的表面有利于检测待检测物02的振动信息；需要说明的是，对光纤01在待检测物02表面的形状，并不做具体限定。
49.光纤01的一端连接振动传感组件03，振动传感组件03可以向光纤01发射检测光信号，并且接收检测光信号在光纤01中进行反射后的反射光信号；需要说明的是，一条光纤01可以对应一个振动传感组件03，当然一个振动传感组件03也可以对应多条光纤01，但是在本发明实施例中，以一条光纤01对应一个振动传感组件03为最优例进行说明。
50.可选的，在本发明的另一实施例中，如图1所示，所述检测装置还包括：
51.光纤接口04；所述光纤接口04包括第一连接端041以及第二连接端042。
52.所述第一连接端041与所述振动传感组件03连接，所述第二连接端042与所述光纤01的一端连接。
53.具体的，光纤接口04是连接光纤01的一种物理接口；在本发明实施例中，光纤接口04的第一连接端401与振动传感组件03连接，光纤接口04的第二连接端042与光纤01的一端连接。
54.可选的，在本发明的另一实施例中，参考图2，图2为本发明实施例提供的振动传感组件的结构示意图；所述振动传感组件03包括：
55.脉冲光源05；所述脉冲光源05用于发射所述检测光信号。
56.光环型器06；所述光环型器06包括：第三连接端061、第四连接端062与第五连接端063；所述第三连接端061与所述脉冲光源05连接；所述第四连接端062与所述第一连接端041连接；所述第五连接端063与光接收器07的输入端连接。
57.控制器08；所述控制器08包括第六连接端081与第七连接端082；所述第六连接端081与所述脉冲光源05连接；所述第七连接端082与所述光接收器07的输出端连接。
58.具体的，脉冲光源05可以为窄线宽脉冲光源，脉冲光源05发射检测光信号后，该检测光信号从光环型器06的第三连接端061输入，再从光环形器06的第四连接端062输出，经过光纤接口04的第一连接端041从光纤接口04的第二连接端042传输进入光纤01，进入光纤01后检测光信号会在光纤01中进行传递与反射，经过反射的反射光信号从光纤接口04的第二连接端042进入，经过光纤接口04的第一连接端041，从光环型器06的第五连接端063进入光接收器07的输入端，光接收器07的输出端与控制器08的第七连接端082连接，控制器08对接收到的反射光信号进行处理，可以得到待检测物02的振动信息。
59.需要说明的是，反射光信号包括两种，一种为在待检测物02不振动的位置产生的反射光信号，另一种为在待检测物02的振动位置产生的反射光信号；相对于不振动位置产生的反射光信号，振动位置产生的反射光信号的相位发生改变，光接收器07通过对相位发生变化的反射光信号进行处理，得到待检测物02的振动信息。
60.控制器08的第六连接端081与脉冲光源05连接，控制脉冲光源05产生脉冲光的时间与频次。
61.可选的，在本发明的另一实施例中，参考图3，图3为本发明实施例提供的另一种检测物体振动的检测装置的结构示意图；所述检测装置还包括：
62.位于所述光纤01与所述待检测物02之间的具有二维坐标轴的柔性介质09；位于所述待检测物02的表面上的所述光纤01的任意位置到所述振动传感组件03之间的光纤长度l与所述二维坐标轴的坐标位置a(x，y)一一对应。
63.所述振动传感组件03还用于根据所述反射光信号获取所述待检测物02上振动位置对应的光纤长度l。
64.具体的，柔性介质09可以优选柔性二维织物，这样就可以检测二维的待检测物02，由于光纤01具有弯折柔性，比较容易通过编织掩埋的手段，集成在一般的二维柔性织物中；需要说明的是，柔性介质09也可以为其他柔性物质，光纤01可以在柔性介质09的表面也可以在柔性介质09的内部，并不做具体的限定，只需要光纤01可以检测到待检测物02的振动
信息即可。
65.柔性介质09上具有二维坐标轴，该二维坐标轴的x轴与y轴位于该柔性介质09的边界，当然也可以在其他位置，只要可以得到坐标位置a(x，y)即可，并不做具体限定；待检测物02的表面上的光纤01的任意位置到振动传感组件03之间的光纤长度l与该二维坐标轴上的坐标位置a(x，y)一一对应，也就是说，可以根据光纤长度l来得到二维坐标轴上的坐标位置a(x，y)，又由于该柔性介质09在光纤01与待检测物02之间，所以可以根据该二维坐标轴上的坐标位置a(x，y)与光纤长度l得到待检测物02的振动位置。
66.振动传感组件03可以根据反射光信号获取待检测物02上振动位置对应的光纤长度l。
67.需要说明的是，光接收器07对于反射光信号的获取和处理设置有相应的获取速率和处理带宽，例如，100m的获取速率和处理带宽，可以检测到的振动范围为1米，也就是说，在振动位置产生反射光信号开始时的光纤长度la与在振动位置产生反射光信号结束时的光纤长度lb之间的距离为1米；1g的获取速率和处理带宽，可以检测到的振动范围为10厘米，也就是说，在振动位置产生反射光信号开始时的光纤长度la与在振动位置产生反射光信号结束时的光纤长度lb之间的距离为10厘米；更精细的检测范围需要更高的获取速率和处理带宽。
68.可选的，在本发明的另一实施例中，参考图4，图4为本发明实施例提供的一种光纤位置的结构示意图；所述光纤01在所述柔性介质09上多次弯曲排布，且所述光纤01没有任何交叠。
69.具体的，光纤01在柔性介质09上多次弯曲排布，弯曲排布的形状如图4所示，在本发明实施例中，柔性介质09优选二维织物，光纤01编织掩埋在二维织物中，光纤01进行弯曲排布时并没有任何交叠。
70.当检测光信号在光纤01中的传递时，待检测物02的振动位置会产生与不振动位置相位不同的反射光信号，在振动位置形成的反射光信号进入光接收器07，然后进入控制器08，控制器08通过反射光信号相对于脉冲光发出的时间，将实时反射光信号的信息与发生反射位置的光纤长度l对应；例如，在光纤01中传递的反射光信号的相位发生改变开始时，控制器08可以得到一个光纤长度l1，光纤长度l1在柔性介质09的二维坐标上对应一个坐标位置a1(x1，y1)，在光纤01中传递的反射光信号的相位发生改变结束时，控制器08可以得到一个光纤长度l2，光纤长度l2在柔性介质09的二维坐标上对应一个坐标位置a2(x2，y2)，根据坐标位置a1(x1，y1)与坐标位置a2(x2，y2)可以在光纤01上得到一个距离，该距离即为待检测物02的振动范围，控制器08通过解析反射光信号的强度、相位等物理量，就可以得到该振动范围的振动信息，例如，振动强度、振动频率等信息。
71.振动传感组件03可以检测多个振动位置，因此，除了该振动范围之外，还可以同时检测其他振动范围，检测方式与该方式一致，例如，在光纤01中传递的反射光信号的相位发生改变开始时，控制器08可以得到一个光纤长度la，光纤长度la在柔性介质09的二维坐标上对应一个坐标位置aa(xa，ya)，在光纤01中传递的反射光信号的相位发生改变结束时，控制器08可以得到一个光纤长度lb，光纤长度lb在柔性介质09的二维坐标上对应一个坐标位置ab(xb，yb)，根据坐标位置aa(xa，ya)与坐标位置ab(xb，yb)可以在光纤01上得到一个距离，该距离即为待检测物02的振动范围，控制器08通过解析反射光信号的强度、相位等物理
量，就可以得到该振动范围的振动信息，例如，振动强度、振动频率等信息。
72.需要说明的是，这种弯曲排布的方式可以结合实际来进行光纤01之间距离的调整，对光纤01的弯曲方式、疏密程度以及弯曲形状，不做具体的限定，只需要光纤01进行弯曲排布时没有任何交叠即可。
73.可选的，在本发明的另一实施例中，参考图5，图5为本发明实施例提供的另一种光纤位置的结构示意图；所述光纤01在所述柔性介质09上多次弯曲排布；所述光纤01在所述柔性介质09上的正投影形成网格状。
74.具体的，光纤01在柔性介质09上多次弯曲排布，弯曲排布的形状如图5所示，在本发明实施例中，柔性介质09优选二维织物，光纤01编织掩埋在二维织物中。
75.当检测光信号在光纤01中的传递时，待检测物02的振动位置会产生与不振动位置相位不同的反射光信号，在振动位置形成的反射光信号进入光接收器07，然后进入控制器08，控制器08通过反射光信号相对于脉冲光发出的时间，将实时反射光信号的信息与发生反射位置的光纤长度l对应。
76.由于增加光接收机07的获取速率和处理带宽会带来成本的增加，所以可以将光纤01形成网格状，网格交叉点位置的距离比较接近，小于振动传感组件03的检测范围，网格状的光纤01在同一个振动位置，会对应四个不同的光纤长度l，只有四个不同的光纤长度l对应的两个振动范围存在相似振动信息时，才可以得到实际振动点。
77.光纤01形成了网格状，也就是说，光纤01在同一个振动位置会经过两次并得到两个振动范围，例如，在光纤01第一次经过振动位置时，光纤01中传递的反射光信号的相位发生改变开始时，控制器08可以得到一个光纤长度l3，光纤长度l3在柔性介质09的二维坐标上对应一个坐标位置a3(x3，y3)，在光纤01中传递的反射光信号的相位发生改变结束时，控制器08可以得到一个光纤长度l4，光纤长度l4在柔性介质09的二维坐标上对应一个坐标位置a4(x4，y4)，根据坐标位置a3(x3，y3)与坐标位置a4(x4，y4)可以在光纤01上得到一个距离，该距离即为待检测物02的第一个振动范围；在光纤01第二次经过振动位置时，光纤01中传递的反射光信号的相位发生改变开始时，控制器08可以得到一个光纤长度l5，光纤长度l5在柔性介质09的二维坐标上对应一个坐标位置a5(x5，y5)，在光纤01中传递的反射光信号的相位发生改变结束时，控制器08可以得到一个光纤长度l6，光纤长度l6在柔性介质09的二维坐标上对应一个坐标位置a6(x6，y6)，根据坐标位置a5(x5，y5)与坐标位置a6(x6，y6)可以在光纤01上得到一个距离，该距离即为待检测物02的第二个振动范围；光纤01上第一振动范围与第二振动范围的交点即为第一振动点n，控制器08通过解析该第一振动点n反射光信号的强度、相位等物理量，就可以得到该第一振动点n的振动信息，例如，振动强度、振动频率等信息。
78.需要说明的是，振动传感组件03可以同时检测多个振动位置的信息，所以在检测到第一振动点n的同时，还可以检测到第二振动点m的振动信息，检测方式与第一振动点n的检测方式相同，此处不再进行赘述。
79.需要说明的是，图5中网格状的排布仅仅为举例说明，网格状也可以为其他的网格排布形状，例如菱形的网格等，网格的疏密也不做具体限定，只要能够通过光纤01的弯曲排布定位振动点即可，并不做具体限定。
80.可选的，在本发明的另一实施例中，参考图6，图6为本发明实施例提供的又一种光
纤位置的结构示意图；所述待检测物02的表面具有多个第一区域10，所述光纤01在所述第一区域10环绕设置形成光纤卷。
81.具体的，当有针对性的检测特定的振动位置的振动信息时，在待检测物02的表面设定如图6所示虚线框中的第一区域10，该第一区域10即为振动检测区域，光纤01在该第一区域10环绕设置形成光纤卷。
82.当检测光信号在光纤01中的传递时，待检测物02的振动位置会产生与不振动位置相位不同的反射光信号，在振动位置形成的反射光信号进入光接收器07，然后进入控制器08，控制器08通过反射光信号相对于脉冲光发出的时间，将实时反射光信号的信息与发生反射位置的光纤长度l对应。
83.待检测物02的振动区域即第一区域10，在检测光信号经过第一区域10中的光纤卷时多次反射得到多个反射光信号，且多个反射光信号对应的发生反射位置的多个光纤长度l都聚集在第一区域10；即可确定该第一区域10为振动位置；控制器08通过解析该振动位置反射光信号的强度、相位等物理量，就可以得到该振动位置的振动信息，例如，振动强度、振动频率等信息。
84.需要说明的是，在振动位置设置光纤卷，可以增加振动区域的光纤01，这样就可以获得更多有效的振动信息，提高了探测精度；并且光纤卷的形状、密度、以及光纤卷中的光纤01长度都不做具体限定。
85.需要说明的是，在上述两个实施例中，若有特定位置的振动检测，可以将光纤01形成光纤卷并与上述实施例中的检测方式结合，从而形成无位置预见性和有位置针对性的检测装置，来进行振动位置的确认。
86.可选的，在本发明的另一实施例中，参考图7，图7为本发明实施例提供的又一种光纤位置的结构示意图；所述光纤01的数量为n，n≥1，且n为正整数。
87.一条所述光纤01对应一个所述振动传感组件03。
88.具体的，当同一条光纤01弯曲排布无法避免反射光信号之间的串扰、或柔性介质09的面积较大，或需要的较长光纤01超出一个振动传感组件03的检测范围时，也可采用n条光纤01，连接到独立的n个振动传感组件03上，也就是说，可以有n条光纤01，n≥1，且n为正整数，例如，n为2，3，4等；n条光纤可以在柔性介质09上弯曲排布，从而检测待检测物02的振动信息，如图7所示，有两条光纤01，两个振动传感组件03，一条光纤01对应一个振动传感组件03。
89.可选的，在本发明的另一实施例中，如图7所示，所述检测装置还包括：
90.集中控制器11，所述集中控制器11与所述振动传感组件03连接，用于控制所述振动传感组件03的工作状态。
91.具体的，当有n条光纤01时，就会有n个振动传感组件03，这些振动传感组件03与集中控制器11连接，例如，图7中的两个振动传感组件03分别于集中控制器11连接，集中控制器11可以控制这些振动传感组件03的工作状态，从而检测出待检测物02的振动信息。
92.在本发明的上述实施例中，柔性介质09以二维织物为例，形成检测二维待检测物02的检测装置，进一步的，该检测装置还可以进行三维拓展，将光纤01在三维柔性介质09上进行弯曲排布，从而检测三维物体不同位置的振动信息。
93.可选的，基于本发明上述实施例提供的一种检测物体振动的检测装置，在本发明
的另一实施例中，还提供了一种检测物体振动的检测方法，基于上述实施例提供的检测装置实现，下面将对该检测方法进行阐述。
94.所述检测方法包括：
95.控制振动传感组件03向光纤01发射检测光信号，并接收所述检测光信号在所述光纤01中进行反射后的反射光信号，并根据所述反射光信号来检测所述待检测物02的振动信息。
96.具体的，将上述检测装置设置好后，将检测装置置于待检测物02上，控制器08控制脉冲光源05发射检测光信号，检测光信号在光纤01中进行传递，光接收器07接收检测信号反射回来的反射光信号，当反射光信号的相位发生改变时，就可以根据发生相位改变的反射光信号来检测待检测物02上的振动信息。
97.需要说明的是，在该检测方法中的检测装置的检测过程都与上述实施例中的检测过程描述相同，所以不在进行赘述。
98.以上对本发明所提供的一种检测物体振动的检测装置及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
99.需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
100.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
101.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。