一种激光多普勒测振仪工程化集成装置

本发明属于非接触式振动测量设备，具体涉及一种激光多普勒测振仪工程化集成装置。该装置用于将激光发射模块、准直光学组件、接收光学组件、光电探测模块、电路组件、散热组件及防护外壳集成安装，以实现激光多普勒测振仪的小型化、稳定化和工程化应用。

背景技术：

1、激光多普勒测振技术是一种基于多普勒效应的非接触式振动测量技术。该技术通过向被测物体表面发射激光，并接收由被测表面散射或反射回来的光信号，根据回波光信号频率或相位变化获取被测物体的振动速度、位移或频率信息。由于其具有非接触、响应速度快、测量精度高以及不改变被测对象动力学特性的优点，激光多普勒测振仪广泛应用于结构振动测试、精密制造、声学检测、机械故障诊断以及微小振动测量等领域。

2、现有激光多普勒测振系统在实验室研究阶段通常采用分立式光学元件搭建，例如激光器、准直镜、分光元件、反射镜、透镜、光电探测器及信号处理电路分别安装在光学平台或临时支架上。该类结构虽然便于原理验证和光路调节，但整体体积较大，元件之间相对位置依赖人工装调，抗振性和长期稳定性较差。当装置移动、运输或用于工程现场测试时，光学元件容易因振动、温度变化或安装松动产生偏移，导致光轴偏斜、回波信号减弱，进而影响测量稳定性和重复性。

3、此外，现有实验型激光多普勒测振装置通常缺少完整的工程化外壳、散热结构和防护结构。激光器、光电探测器及信号处理电路在工作过程中会产生热量，若散热不充分，可能引起器件温漂和信号噪声增加；同时，开放式光路和裸露电路容易受到灰尘、水汽、外部杂散光以及机械碰撞的影响，不利于长期稳定使用。对于需要在现场环境、设备内部或空间受限场景中使用的测振装置，现有分立式结构难以满足小型化、模块化、可靠安装和快速部署的要求。

4、因此，有必要提供一种激光多普勒测振仪工程化集成装置，将光学组件、电路组件、散热组件和防护外壳进行合理集成，并通过可调节、可锁紧的光学安装结构保证装调过程中的光轴调节能力以及装调完成后的结构稳定性，从而提高激光多普勒测振仪的工程适用性、抗振性能、防护能力和长期测量可靠性。

技术实现思路

1、为解决现有激光多普勒测振系统在工程化应用中存在的结构分散、光学元件装调后稳定性不足、整体抗振能力差、电路及光学模块集成度低、散热和防护能力不足等问题，本发明提供一种激光多普勒测振仪工程化集成装置。该装置通过将激光发射组件、光学准直组件、接收光学组件、光电探测组件、电路组件、散热组件及防护外壳进行集成化布置，并设置可调节、可锁紧的光学安装结构，从而提高装置的装调便利性、结构稳定性和工程现场适用性。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种激光多普勒测振仪工程化集成装置，包括电路组件、外壳组件、固定底座、光学安装组件、散热组件以及可卸调光组件；所述固定底座设置于所述外壳组件内部，所述光学安装组件安装于所述固定底座上，所述电路组件布置于所述外壳组件内部并与所述固定底座或所述外壳组件固定连接。

4、所述光学安装组件包括准直镜支架、透镜支架和光电探测安装座。所述准直镜支架用于安装准直光学元件，所述透镜支架用于安装双消色差透镜，所述光电探测安装座用于固定光电探测器，使激光发射光路、回波接收光路和光电探测器保持预定空间关系。

5、进一步地，所述准直镜支架包括准直镜固定柱、l型支架、定位销、衬套和单缝锁紧环；所述准直镜固定柱的一端用于固定准直镜，另一端与所述l型支架形成转动配合，以带动准直镜进行俯仰角微调，并通过紧定螺钉固定；所述衬套压装于所述固定底座的对应安装孔内，所述定位销的一端与所述l型支架连接，另一端穿设于所述衬套内。所述定位销能够相对于所述衬套转动，以带动所述l型支架进行左右角度微调；调节完成后，所述单缝锁紧环用于限制所述定位销相对于所述固定底座继续转动，从而保持准直光学元件的调节位置。

6、进一步地，所述定位销与所述l型支架之间采用螺纹连接，并在螺纹连接处设置螺纹胶固定，使所述定位销与所述l型支架形成整体结构。由此，在定位销相对于衬套转动调节时，l型支架能够随定位销同步转动，而定位销与l型支架之间不发生相对转动或松脱。

7、进一步地，所述光电探测安装座包括光电固定安装座和散热板。所述光电固定安装座与所述固定底座之间采用螺钉连接，并通过螺钉配合孔或长圆孔形成左右位置调节余量；所述散热板与所述光电固定安装座之间采用螺钉连接，并通过竖直长圆孔形成上下位置调节余量。

8、进一步地，所述电路组件包括电路板和电路板安装柱。所述电路板通过所述电路板安装柱安装于所述固定底座、光电探测安装座或外壳组件内。所述电路板安装位置与所述光学安装组件之间留有预定间隙，以避免电路板、连接器或功率器件干涉光学元件的安装和调节。

9、进一步地，所述散热组件设置于所述光电探测安装座上，并与所述光电探测器导热连接。所述散热组件包括散热板、tec制冷片、散热铜件、ntc热敏电阻及隔热材料；所述光电探测器与所述散热铜件导热连接，所述tec制冷片的一面与所述散热铜件导热接触，另一面与所述散热板导热接触，所述ntc热敏电阻用于检测所述散热铜件或光电探测器附近的温度，所述隔热材料用于降低所述散热铜件与所述散热板之间除tec制冷片导热路径之外的热传递。由此，降低器件工作温升并提高测振信号的稳定性。

10、进一步地，所述可卸调光组件用于在装置装调过程中辅助调节所述光学安装组件的位置；所述可卸调光组件包括准直镜调节组件及光电探测器调整组件。所述准直镜调节组件用于微调准直镜的俯仰角和左右角度；所述光电探测器调整组件用于微调光电探测器的上下以及左右位置。由此，保证光路实际位置符合理论要求。

11、进一步地，所述准直镜调节组件包括第一螺纹微动调节器、第二螺纹微动调节器、第一顶推组件、第二顶推组件、调光母座、调光转座、压板及立柱。所述调光母座通过螺钉固定于所述l型支架上，用于带动所述l型支架旋转；所述调光转座固定于准直镜固定柱，用于带动所述准直镜固定柱旋转；所述第一螺纹微动调节器的一端固定于所述调光母座上，另一端抵住所述调光转座，用于调节所述调光转座的转动角度；所述第二螺纹微动调节器的一端固定于所述调光母座上，另一端抵住所述立柱，用于调节所述调光母座的转动角度；所述第一顶推组件通过螺纹固定于所述调光转座上，并对所述调光母座施加反向于所述第一螺纹微动调节器调节方向的推力；所述第二顶推组件通过螺纹固定于所述立柱上，并对所述调光母座施加反向于所述第二螺纹微动调节器调节方向的推力；所述压板的一端压住所述立柱，并通过螺钉连接所述固定底座，用于将所述立柱固定在所述固定底座上。在装调完成并完成光学元件锁紧后，所述可卸调光组件能够从所述固定底座或光学安装组件上拆除，以减小装置体积并避免对后续封装、防护和使用造成干涉。

12、进一步地，所述光电探测器调整组件包括光电固定调节座、二维调节台和角码座。所述光电固定调节座的一面与未锁紧的光电探测安装座固定连接，另一面与二维调节台固定连接；所述二维调节台另一端与所述角码座固定连接；所述角码座与所述固定底座固定连接。利用所述二维调节台自身的二维微调功能对所述光电探测安装座进行上下位置及左右位置微调，完成微调后利用螺钉固定所述光电探测安装座，实现对光电探测器空间位置的调节。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

14、第一，本装置将电路组件、外壳组件、固定底座、光学安装组件、散热组件以及可卸调光组件进行模块化集成，减少了分立式光学平台结构的体积和装配复杂度，提高了激光多普勒测振仪的小型化和工程化程度。

15、第二，本装置通过定位销、衬套和单缝锁紧环形成可调节、可锁紧的光学安装机构，使准直镜支架在装调阶段能够进行角度微调，在调节完成后又能够可靠锁定，从而兼顾了光路调节便利性和长期稳定性。

16、第三，定位销与l型支架采用螺纹连接并通过螺纹胶固定，使二者形成整体结构；定位销圆柱段与衬套配合实现转动导向，降低了整体高精度一体加工的难度，有利于降低制造成本并提高装配可维护性。

17、第四，本装置通过光电固定安装座、散热板及可卸的光电探测器调整组件实现光电探测器空间位置微调，并在调节完成后固定，从而提高光电探测器与回波光路的对准稳定性。

18、第五，本装置设置tec制冷片、散热铜件、ntc热敏电阻和隔热材料，使光电探测器能够在有限空间内进行温度调节，减少器件温升和温漂对测量信号稳定性的影响。

19、第六，本装置通过外壳组件对内部光学元件和电路模块进行保护，能够降低灰尘、水汽、外部杂散光和机械碰撞对测振装置的影响，提高装置在工程现场或非实验室环境中的可靠性。附图说明

20、下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

21、图1为包括去盖壳体的激光多普勒测振仪工程化集成装置整体示意图；

22、图2为去除外壳组件及电路组件的激光多普勒测振仪工程化集成装置示意图；

23、图3为带可卸调光组件的激光多普勒测振仪工程化集成装置示意图；

24、图4为准直镜支架的结构示意图；

25、图5为透镜支架的结构示意图；

26、图6为光电探测安装座的结构示意图；

27、图7为散热组件的结构示意图；

28、图8为准直镜调节组件的结构示意图；

29、图9为光电探测器调整组件的结构示意图。

30、附图标记：1-电路组件、2-外壳组件、3-固定底座、4-光学安装组件、5-散热组件、6-可卸调光组件、7-l型支架、8-准直镜固定柱、9-定位销、10-衬套、11-单缝锁紧环、12-透镜支架、13-光电固定安装座、14-散热板、15-tec制冷片、16-散热铜件、17-ntc热敏电阻、18-隔热材料、19-光电探测器、20-第一螺纹微动调节器、21-调光母座、22-调光转座、23-第一顶推组件、24-第二顶推组件、25-第二螺纹微动调节器、26-立柱、27-压板、28-光电固定调节座、29-二维调节台、30-角码座。