基于超聲波外調(diào)制的激光干涉振動(dòng)檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種振動(dòng)檢測(cè)裝置，尤其涉及一種基于超聲波外調(diào)制的激光干涉 振動(dòng)檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 外差激光干涉儀因其高分辨率，高精度等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。但隨著檢測(cè)精度的 提高，外差激光干涉儀的檢測(cè)精度是影響其測(cè)量精度的關(guān)鍵因素。因此，提高激光干涉儀的 檢測(cè)精度是提高其測(cè)量精度的重要保障。為了解決激光干涉振動(dòng)測(cè)量問題，德國(guó)polytic 公司，美國(guó)光動(dòng)力公司進(jìn)行了激光多普勒振動(dòng)測(cè)量?jī)x器開發(fā)，其測(cè)量精度只能達(dá)到nm量 級(jí)。在激光干涉振動(dòng)測(cè)量中，聲光移頻產(chǎn)生外差是常用的方法之一，而據(jù)PeterB等發(fā)表的 RandomspeckleModulationTechniqueforLaserInterferometry中報(bào)道：外差干涉檢 測(cè)的精度表達(dá)如下公式所示：
[0003] 遇二(A./4TI) (4hvB/Pn)1/2K1
[0004] 其中A為波長(zhǎng)，h為普朗克常數(shù)，B為帶寬，P為接收功率，n為光電轉(zhuǎn)換效率，V 為激光頻率，K為常數(shù)。
[0005] 由此可知，當(dāng)B越小時(shí)，可探測(cè)到的物體振動(dòng)值越小，而polytic公司以及美國(guó)光 動(dòng)力公司采用傳統(tǒng)的聲光移頻方法作為外差移頻，其B值一般大于40MHz，因此其檢測(cè)精度 還有很多可提高的空間。
[0006] 為提高檢測(cè)精度，在其它情況不變的時(shí)，可以通過改變B來提高檢測(cè)靈敏度。中 國(guó)專利號(hào)為200910241696. 6,申請(qǐng)日為2009年12月2日的"一種用于振動(dòng)檢測(cè)的調(diào)制解 調(diào)系統(tǒng)及方法"公開了采用PZT(PiezoelectricCeramicTransducer，壓電陶瓷）驅(qū)動(dòng)反 射引起光程變化的方法，但在該方法中，PZT本身具有非線性，給振動(dòng)測(cè)量帶來較大誤差，同 時(shí)鏡面在移動(dòng)過程中要始終與入射光保持垂直等均存在難度。
[0007] 因?yàn)闇y(cè)量目標(biāo)為漫反射體，所以其反射回來的光斑為散斑，散斑意味著光斑分布 不均勻，如果探測(cè)器剛好處在亮斑位置時(shí)，系統(tǒng)信噪比較高，而當(dāng)測(cè)量目標(biāo)振動(dòng)時(shí)，散斑移 動(dòng)，探測(cè)器檢測(cè)到的可能是比較暗的地方，此時(shí)信噪比會(huì)變得很差。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008] 本實(shí)用新型的目的是為解決目前外差激光干涉振動(dòng)檢測(cè)儀檢測(cè)靈敏度低、單PZT 調(diào)制非線性和測(cè)量目標(biāo)漫發(fā)射的散斑不均勻的技術(shù)問題。
[0009] 為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種基于超聲波外調(diào)制的激光干涉振動(dòng) 檢測(cè)裝置，光纖激光器的輸出端連接到3db光纖分束器的輸入端，所述3db光纖分束器的第 一輸出端連接到光纖合束器的第一輸入端，3db光纖分束器的第二輸出端連接到測(cè)量目標(biāo) 的第一輸入面，所述測(cè)量目標(biāo)的第二輸入面與PZT以及超聲波發(fā)生器連接，測(cè)量目標(biāo)的輸 出面與光學(xué)接收天線輸入端連接，所述光學(xué)接收天線輸出端與所述光纖合束器的另一輸入 端連接，光纖合束器的輸出端與探測(cè)器的輸入端連接，所述探測(cè)器的輸出端與解調(diào)器輸入 端連接。
[0010] 進(jìn)一步地，所述超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波信號(hào)頻率為20KHZ，信號(hào)強(qiáng)度為 100db〇
[0011] 進(jìn)一步地，所述PZT緊貼所述測(cè)量目標(biāo)，PZT的振動(dòng)頻率小于2KHz，振幅小于所述 光纖激光器輸出激光波長(zhǎng)的四分之一。
[0012] 進(jìn)一步地，所述PZT的振動(dòng)頻率為lKHz。
[0013] 進(jìn)一步地，所述光纖激光器為窄線寬保偏及穩(wěn)頻激光器。
[0014] 進(jìn)一步地，所述光纖激光器的線寬小于lOKHz。
[0015] 進(jìn)一步地，所述3db光纖分束器的分光比為50%。
[0016] 進(jìn)一步地，與所述3db光纖分束器連接的所有光纖為保偏光纖。
[0017] 進(jìn)一步地，所述測(cè)量目標(biāo)為玻璃或鋁板。
[0018] 進(jìn)一步地，所述探測(cè)器的頻率帶寬>lMHz。
[0019] 本實(shí)用新型可以使外差相移頻率隨超聲波頻率變化而變化。因?yàn)槌暡l率相對(duì) 可以調(diào)得比較低，所以其帶寬B值比較小，可以實(shí)現(xiàn)帶寬B值降低4-5個(gè)數(shù)量級(jí)，檢測(cè)靈敏 度可達(dá)亞納米量級(jí)，顯著提高振動(dòng)檢測(cè)的精度。同時(shí)，超聲波外調(diào)制方式還可避免采用PZT 調(diào)制而引出的非線性問題，改善測(cè)量目標(biāo)漫反射的散斑不均勻性問題。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)更 加簡(jiǎn)單緊湊，降低了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0020] 圖1為基于超聲波外調(diào)制激光干涉振動(dòng)檢測(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為PGC+DCM解調(diào)原理框圖；
[0022] 圖3為解調(diào)出的振動(dòng)信號(hào)波形。
[0023] 圖中：1.光纖激光器；2. 3db光纖分束器；3.測(cè)量目標(biāo)；4.PZT;5.超聲波發(fā)生器； 6.光學(xué)接收天線；7.光纖合束器；8.探測(cè)器；9.解調(diào)器。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 現(xiàn)在結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的 示意圖，僅以示意方式說明本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實(shí)用新型有關(guān)的構(gòu) 成，且其不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0025] 如圖1所示，光纖激光器1的輸出端連接到3db光纖分束器2的輸入端，光纖激光 器1為窄線寬保偏及穩(wěn)頻激光器，線寬小于lOKHz，波長(zhǎng)為1550nm;3db光纖分束器2為保偏 分束器，其分光比為50%，與3db光纖分束器2連接的所有光纖為保偏光纖，3db光纖分束器 2的第一輸出端連接到光纖合束器6的第一輸入端，3db光纖分束器2的第二輸出端連接到 測(cè)量目標(biāo)3的第一輸入面，測(cè)量目標(biāo)3的第二輸入面與PZT4以及超聲波發(fā)生器5連接，測(cè) 量目標(biāo)3的輸出面與光學(xué)接收天線6的輸入端連接，測(cè)量目標(biāo)3為玻璃或鋁板等反射介質(zhì)， 光學(xué)接收天線6的輸入端接收測(cè)量目標(biāo)3的漫反射光并將其耦合進(jìn)入光纖，其輸出端連接 光纖合束器7,光學(xué)接收天線6的輸出端與光纖合束器7的另一輸入端連接，光纖合束器7 的輸出形成干涉場(chǎng)，光纖合束器7的輸出端與探測(cè)器8的輸入端連接，探測(cè)器8的頻率帶寬 >lMHz，通過探測(cè)器8檢