專利名稱：一種用于振動檢測的外差調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振動檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于振動檢測的外差調(diào)制方法。
技術(shù)背景
隨著激光多普勒振動測量技術(shù)的飛速發(fā)展，激光多普勒振動測量技術(shù)已具有通常方法無法達(dá)到的精度和靈敏度，并且可以遠(yuǎn)距離、非接觸的測量各種微弱振動目標(biāo)的運(yùn)動速度及微小位移變化。
激光多普勒振動測量技術(shù)的飛速發(fā)展，不僅取決于激光技術(shù)本身的長期發(fā)展，同時還取決于各種新方法的產(chǎn)生和器件的快速發(fā)展。目前應(yīng)用振動測量主要是利用外差調(diào)制技術(shù)，它是利用載波技術(shù)將參考光轉(zhuǎn)換成相位調(diào)制信號進(jìn)行測量，提高了光電信號的信噪比，具有抗干擾能力強(qiáng)，測量速度高，易于實現(xiàn)高測量分辨力等特點，因而在高精密測量中一般采用外差調(diào)制的方式。
目前的激光多普勒相干測振原理是系統(tǒng)發(fā)出相干激光束照射到被檢測物體表面， 表面振動導(dǎo)致到達(dá)物體表面的信號光發(fā)生多普勒頻移。通過相干調(diào)制的方法可以測量多普勒頻移，從而獲得物體振動的速度、振幅、頻率等，從調(diào)制方式上可分為零差調(diào)制和外差調(diào)制兩種。外差調(diào)制中，將頻率為fs的激光多普勒信號與經(jīng)過聲光調(diào)制器產(chǎn)生固定頻移f+fM 的變化的參考光發(fā)生混頻。探測器輸出差頻為Af11 = f+fM_fs，再由高通濾波消除直流漂移，鑒頻后獲得多普勒頻移從而獲得物體的振動特征。
目前的外差調(diào)制方法通常采用聲光調(diào)制器，并通過后期模擬電路進(jìn)行放大濾波還原出系統(tǒng)的振動特性。由于聲光調(diào)制器的最低調(diào)制頻率為40MHz，因此為后期的信號解調(diào)不但增加了一定的解調(diào)難度，而且在解調(diào)中由于采用模擬電路的處理方法中使用的器件設(shè)置是非數(shù)字化設(shè)置，從而增加了一定的解調(diào)噪聲，同時很難滿足某些解調(diào)中的對稱性要求。
隨著基于Iabview的模擬儀器技術(shù)的快速發(fā)展，該技術(shù)具有設(shè)計靈活，操作簡單， 擴(kuò)展性好等優(yōu)點，目前的信號解調(diào)方法趨近于無器件化的數(shù)字信號處理方法。通過Iabview 對振動信號解調(diào)建立虛擬儀器的解調(diào)方法，降低了系統(tǒng)的解調(diào)噪聲，具有很強(qiáng)的對稱性、靈活的造作性、廣泛的應(yīng)用性和后期技術(shù)的開發(fā)延展性等優(yōu)點。但是由于采用此方法需要應(yīng)用數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行信號的傳輸，目前較高的采集頻率為100K，而相對于以往采用聲光調(diào)制器進(jìn)行振動系統(tǒng)的調(diào)制的方法的最低頻率為40MHz，因此無法通過Iabview來實現(xiàn)對信號的解調(diào)。因此迫切的需要一種新型的外差調(diào)制方法來滿足Iabview所建立的數(shù)字化信號處理的要求。
電光調(diào)制器是基于電光效應(yīng)原理來工作的，可實現(xiàn)調(diào)制頻率范圍為0 300MHz的不同數(shù)值的外差調(diào)制，通過設(shè)定電光調(diào)制器的驅(qū)動電路來控制滿足于目前現(xiàn)有采集卡頻率要求的調(diào)制度和調(diào)制頻率。電光調(diào)制器可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而滿足基于Iabview進(jìn)行以虛擬儀器進(jìn)行振動信號解調(diào)的要求。通過采用此方法，可以提高解調(diào)系統(tǒng)的信噪比以及使解調(diào)處于人機(jī)交互的方式，增加系統(tǒng)的可操作性及廣泛的應(yīng)用性。發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提出一種用于振動檢測的外差調(diào)制方法，以解決原有的由于聲光調(diào)制器調(diào)制頻率高而造成的后期信號解調(diào)難、解調(diào)方法受限制等問題。
(二)技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于振動檢測的外差調(diào)制方法，該方法包括
步驟1 入射光束經(jīng)過分束器被分成兩束光，一束為參考光，一束為信號光；
步驟2 參考光依次經(jīng)過電光調(diào)制器和準(zhǔn)直鏡進(jìn)入分光棱鏡；信號光直接透過分光棱鏡和光學(xué)天線照射到振動物體，經(jīng)由振動物體反射被光學(xué)天線接收，最后進(jìn)入分光棱鏡；
步驟3 進(jìn)入分光棱鏡的參考光與被振動物體反射進(jìn)入分光棱鏡的信號光在分光棱鏡處發(fā)生干涉，然后進(jìn)入光電探測器；
步驟4:光電探測器接收載有物體振動信號的電信號，實現(xiàn)對入射光束的外差調(diào)制。
上述方案中，在參考光依次經(jīng)過電光調(diào)制器和準(zhǔn)直鏡進(jìn)入分光棱鏡的步驟中，參考光進(jìn)入電光調(diào)制器后，通過該電光調(diào)制器的起偏器進(jìn)入該電光調(diào)制器的電光晶體，在外加單一頻率固定幅度的驅(qū)動電壓的作用下該電光晶體的相位以頻率Coci發(fā)生變化，使進(jìn)入該電光晶體的參考光的相位同樣以頻率Otl發(fā)生變化，最終實現(xiàn)了對參考光的外差調(diào)制。所述驅(qū)動電壓是由與該電光調(diào)制器連接的驅(qū)動電源施加的。
(三)有益效果
從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果
1、本發(fā)明提供的用于振動檢測的外差調(diào)制方法，通過采用聲光調(diào)制器能夠達(dá)到調(diào)制頻率范圍在O 300MHz的寬頻譜調(diào)制，通過利用m的數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集能夠降低系統(tǒng)噪聲及系統(tǒng)成本，有效地解決了原有的由于聲光調(diào)制器調(diào)制頻率高而造成的后期信號解調(diào)難、解調(diào)方法受限制等問題。
2、本發(fā)明提供的用于振動檢測的外差調(diào)制方法，利用電光調(diào)制器產(chǎn)生的固定調(diào)頻進(jìn)行調(diào)制，可以測量出物體表面的微小振動，具有高精度，非接觸，頻率響應(yīng)快等顯著特點。 同時其結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定，便于集成，驅(qū)動電壓低，安全性能更高。


圖1為電光調(diào)制器的調(diào)頻原理圖2為本發(fā)明提供的用于振動檢測的外差調(diào)制方法流程圖3為用于振動檢測的外差調(diào)制系統(tǒng)的示意圖；圖3中，1為激光器，2為分束器， 3為電光調(diào)制器，4為準(zhǔn)直鏡，5分光棱鏡，6為光學(xué)天線，7為振動物體，8為電光調(diào)制器驅(qū)動電源，9為光電探測器。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明提供的用于振動檢測的外差調(diào)制方法，是基于圖1所示的電光調(diào)制器實現(xiàn)的。圖1為電光調(diào)制器的調(diào)頻原理圖，該電光調(diào)制器具有一起偏器和一電光晶體，輸入光束通過該起偏器進(jìn)入該電光晶體，在外加單一頻率固定幅度的驅(qū)動電壓的作用下該電光晶體的相位以頻率Qci發(fā)生變化，使進(jìn)入該電光晶體的輸入光束的相位同樣以頻率Coci發(fā)生變化，最終實現(xiàn)了對輸入光束的外差調(diào)制。
基于圖1所示的電光調(diào)制器的調(diào)頻原理，圖2示出了本發(fā)明提供的用于振動檢測的外差調(diào)制方法流程圖，該方法包括以下步驟
步驟1 入射光束經(jīng)過分束器被分成兩束光，一束為參考光，一束為信號光；
步驟2 參考光依次經(jīng)過電光調(diào)制器和準(zhǔn)直鏡進(jìn)入分光棱鏡；信號光直接透過分光棱鏡和光學(xué)天線照射到振動物體，經(jīng)由振動物體反射被光學(xué)天線接收，最后進(jìn)入分光棱鏡；
步驟3 進(jìn)入分光棱鏡的參考光與被振動物體反射進(jìn)入分光棱鏡的信號光在分光棱鏡處發(fā)生干涉，然后進(jìn)入光電探測器；
步驟4 光電探測器接收載有物體振動信號的電信號，實現(xiàn)對入射光束的外差調(diào)制。
其中，在步驟2所述參考光依次經(jīng)過電光調(diào)制器和準(zhǔn)直鏡進(jìn)入分光棱鏡的步驟中，參考光進(jìn)入電光調(diào)制器后，通過該電光調(diào)制器的起偏器進(jìn)入該電光調(diào)制器的電光晶體， 在外加單一頻率固定幅度的驅(qū)動電壓的作用下該電光晶體的相位以頻率Qci發(fā)生變化，使進(jìn)入該電光晶體的參考光的相位同樣以頻率Qci發(fā)生變化，最終實現(xiàn)了對參考光的外差調(diào)制。驅(qū)動電壓是由與該電光調(diào)制器連接的驅(qū)動電源施加的。
圖2所示的用于振動檢測的外差調(diào)制方法，是基于圖3所示的用于振動檢測的外差調(diào)制系統(tǒng)實現(xiàn)的。在圖3中，激光器1發(fā)射出的激光經(jīng)過分束器2分成兩束光，一束為參考光，一束為信號光，其中參考光依次經(jīng)過電光調(diào)制器3和準(zhǔn)直鏡4進(jìn)入分光棱鏡5。信號光直接透過分光棱鏡5和光學(xué)天線6照射到振動物體7，經(jīng)由振動物體7反射被光學(xué)天線6 接收，最后進(jìn)入分光棱鏡5 ；此時進(jìn)入分光棱鏡5的參考光與被振動物體7反射進(jìn)入分光棱鏡5的信號光在分光棱鏡5處發(fā)生干涉，然后進(jìn)入光電探測器9，最終光電探測器9接收的是載有物體振動信號的電信號，實現(xiàn)對激光器發(fā)出的激光的外差調(diào)制。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于振動檢測的外差調(diào)制方法，其特征在于，該方法包括步驟1 入射光束經(jīng)過分束器被分成兩束光，一束為參考光，一束為信號光； 步驟2 參考光依次經(jīng)過電光調(diào)制器和準(zhǔn)直鏡進(jìn)入分光棱鏡；信號光直接透過分光棱鏡和光學(xué)天線照射到振動物體，經(jīng)由振動物體反射被光學(xué)天線接收，最后進(jìn)入分光棱鏡；步驟3 進(jìn)入分光棱鏡的參考光與被振動物體反射進(jìn)入分光棱鏡的信號光在分光棱鏡處發(fā)生干涉，然后進(jìn)入光電探測器；步驟4 光電探測器接收載有物體振動信號的電信號，實現(xiàn)對入射光束的外差調(diào)制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于振動檢測的外差調(diào)制方法，其特征在于，在參考光依次經(jīng)過電光調(diào)制器和準(zhǔn)直鏡進(jìn)入分光棱鏡的步驟中，參考光進(jìn)入電光調(diào)制器后，通過該電光調(diào)制器的起偏器進(jìn)入該電光調(diào)制器的電光晶體，在外加單一頻率固定幅度的驅(qū)動電壓的作用下該電光晶體的相位以頻率Qci發(fā)生變化，使進(jìn)入該電光晶體的參考光的相位同樣以頻率Qci發(fā)生變化，最終實現(xiàn)了對參考光的外差調(diào)制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于振動檢測的外差調(diào)制方法，其特征在于，所述驅(qū)動電壓是由與該電光調(diào)制器連接的驅(qū)動電源施加的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于振動檢測的外差調(diào)制方法，包括步驟1入射光束經(jīng)過分束器被分成兩束光，一束為參考光，一束為信號光；步驟2參考光依次經(jīng)過電光調(diào)制器和準(zhǔn)直鏡進(jìn)入分光棱鏡；信號光直接透過分光棱鏡和光學(xué)天線照射到振動物體，經(jīng)由振動物體反射被光學(xué)天線接收，最后進(jìn)入分光棱鏡；步驟3進(jìn)入分光棱鏡的參考光與被振動物體反射進(jìn)入分光棱鏡的信號光在分光棱鏡處發(fā)生干涉，然后進(jìn)入光電探測器；步驟4光電探測器接收載有物體振動信號的電信號，實現(xiàn)對入射光束的外差調(diào)制。利用本發(fā)明，解決了原有的由于聲光調(diào)制器調(diào)制頻率高而造成的后期信號解調(diào)難、解調(diào)方法受限制等問題。
文檔編號G01H9/00GK102519574SQ20111044593
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者何軍, 周燕, 孟雪, 曾華林, 李麗艷 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所