一种小型化三维测振传感器系统的制作方法

本发明涉及振动测量，尤其是指一种小型化三维测振传感器系统。

背景技术：

1、调频连续波(fmcw，frequency modulated continuous wave)测距法，其原理是发送具有一定带宽、频率线性变化的连续信号，再对接收到的连续信号进行快速傅里叶变换，通过发送与接收信号的频率差来计算两个信号的时间差，最后由时间差得到对应的距离值。fmcw法基于相干原理，具有很强的抗干扰，以及拥有较高信噪比的优势而被广泛关注。由于其高精度测量，开始被广泛应用于振动物体的振动测量，从而获得被测物体的加速度值。而现有的基于fmcw法的三维测振系统至少需要三个光芯片测量模块，存在难以小型化的问题。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构合理、小型化的小型化三维测振传感器系统。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种小型化三维测振传感器系统，该小型化三维测振传感器系统包括：

3、光芯片测量模块，所述光芯片测量模块集成有三个激光收发单元，所述三个激光收发单元用于发射三束相互平行且不同波长的测量激光；

4、三个反射单元，所述三个反射单元分别设置在三束测量激光的光路上，每个反射单元将对应的测量激光反射，反射后的三束测量激光相互平行且不在一个平面上；其中，反射后的三束测量激光所确定的圆为目标圆，所述目标圆所在的面为目标面，经过所述目标圆的中心且垂直于所述目标面的轴记为中心轴；

5、光路偏折单元，所述光路偏折单元用于将反射后的三束测量激光偏折至被测物体上同一点，且该点位于所述中心轴上；

6、计算单元，所述计算单元用于根据所述三个激光收发单元分别测量得到的位移值计算被测振动物体的三维振动值。

7、在本发明的一个实施例中，三束测量激光在三个反射单元上的入射点构成等边三角形。

8、在本发明的一个实施例中，所述三个激光收发单元包括第一激光收发单元、第二激光收发单元、第三激光收发单元，三个反射单元包括第一反射单元、第二反射单元、第三反射单元，将所述第一激光收发单元发出的测量激光在xy平面的投影与x轴重合，所述中心轴与z轴重合，每束测量激光在偏折后分别与x、y、z轴的夹角如下：

9、θx1＝π/2-θ,θy1＝π/2,θz1＝θ,

10、

11、

12、其中，每束测量激光在反射后且偏折前与所述中心轴的距离为r，每束测量激光在偏折后与所述中心轴的夹角为θ，所述第一激光收发单元发出的测量激光到第一反射单元上的入射点的光程为d11，所述第二激光收发单元发出的测量激光到第二反射单元上的入射点的光程为d21，所述第三激光收发单元发出的测量激光到第三反射单元上的入射点的光程为d31，第一反射单元上的测量激光到光路偏折单元的光程为d12，第二反射单元上的测量激光到光路偏折单元的光程为d22，第三反射单元上的测量激光到光路偏折单元的光程为d32，θx1、θx2、θx3分别表示第一激光收发单元发出的激光经过光路偏折单元后与x、y、z轴的夹角；θy1、θy2、θy3分别表示第二激光收发单元发出的激光经过光路偏折单元后与x、y、z轴的夹角；θz1、θz2、θz3分别表示第三激光收发单元发出的激光经过光路偏折单元后与x、y、z轴的夹角；

13、并通过以下公式计算被测振动物体的三维振动值：

14、d1＝vx cos(θx1)+vy cos(θy1)+vz cos(θz1)

15、d2＝vxcos(θx2)+vy cos(θy2)+vz cos(θz2)

16、d3＝vxcos(θx3)+vy cos(θy3)+vz cos(θz3)

17、其中，d1、d2、d3分别为第一激光收发单元、第二激光收发单元、第三激光收发单元测量得到的被测振动物体沿各自激光方向的位移值；vx、vy、vz分别为被测振动物体沿x、y、z轴的三维振动值。

18、在本发明的一个实施例中，所述激光收发单元与反射单元之间设置有准直单元，所述准直单元用于将测量激光准直后入射至所述反射单元。

19、在本发明的一个实施例中，所述准直单元为准直透镜。

20、在本发明的一个实施例中，所述光路偏折单元为聚焦透镜或棱镜。

21、在本发明的一个实施例中，所述反射单元为反射镜。

22、在本发明的一个实施例中，反射后的测量激光与反射前的测量激光呈90度。

23、在本发明的一个实施例中，还包括pcba板，所述pcba板与光芯片测量模块连接。

24、在本发明的一个实施例中，还包括插接件，所述pcba板通过插接件与外部连接。

25、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

26、本发明的小型化三维测振传感器系统利用一个光芯片测量模块集成三个激光收发单元，三个激光收发单元用于发射三束相互平行且不同波长的测量激光，以避免三束测量激光的相互干扰，可以使激光收发单元之间更加紧凑，实现传感器系统的小型化。

27、同时，利用光路偏折单元将三束相互平行的测量激光偏折至被测物体上同一点，从而改变激光光轴，使三束测量激光均与中心轴呈同一角度，从而实现了对定点距离的被测振动物体的三维振动测量，进一步实现了传感器系统的小型化。

28、本发明的小型化三维测振传感器系统具有结构简单、操作方便、小型化、成本低的优点，并有效保证测量精度。

29、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

技术特征：

1.一种小型化三维测振传感器系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的小型化三维测振传感器系统，其特征在于，三束测量激光在三个反射单元上的入射点构成等边三角形。

3.根据权利要求2所述的小型化三维测振传感器系统，其特征在于，所述三个激光收发单元包括第一激光收发单元、第二激光收发单元、第三激光收发单元，三个反射单元包括第一反射单元、第二反射单元、第三反射单元，将所述第一激光收发单元发出的测量激光在xy平面的投影与x轴重合，所述中心轴与z轴重合，每束测量激光在偏折后分别与x、y、z轴的夹角如下：

4.根据权利要求1所述的小型化三维测振传感器系统，其特征在于，所述激光收发单元与反射单元之间设置有准直单元，所述准直单元用于将测量激光准直后入射至所述反射单元。

5.根据权利要求4所述的小型化三维测振传感器系统，其特征在于，所述准直单元为准直透镜。

6.根据权利要求1所述的小型化三维测振传感器系统，其特征在于，所述光路偏折单元为聚焦透镜或棱镜。

7.根据权利要求1所述的小型化三维测振传感器系统，其特征在于，所述反射单元为反射镜。

8.根据权利要求1所述的小型化三维测振传感器系统，其特征在于，反射后的测量激光与反射前的测量激光呈90度。

9.根据权利要求1所述的小型化三维测振传感器系统，其特征在于，还包括pcba板，所述pcba板与光芯片测量模块连接。

10.根据权利要求9所述的小型化三维测振传感器系统，其特征在于，还包括插接件，所述pcba板通过插接件与外部连接。

技术总结
本发明公开了一种小型化三维测振传感器系统，本发明的小型化三维测振传感器系统利用一个光芯片测量模块集成三个激光收发单元，三个激光收发单元用于发射三束相互平行且不同波长的测量激光，以避免三束测量激光的相互干扰，可以使激光收发单元之间更加紧凑，实现传感器系统的小型化。同时，利用光路偏折单元将三束相互平行的测量激光偏折至被测物体上同一点，从而改变激光光轴，使三束测量激光均与中心轴呈同一角度，从而实现了对定点距离的被测振动物体的三维振动测量，进一步实现了传感器系统的小型化。本发明的小型化三维测振传感器系统具有结构简单、操作方便、小型化、成本低的优点，并有效保证测量精度。

技术研发人员：汪迎春,陆海丰
受保护的技术使用者：挚感（苏州）光子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13