CN102519574B - 一种用于振动检测的外差调制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于振动检测的外差调制方法，包括：步骤1：入射光束经过分束器被分成两束光，一束为参考光，一束为信号光；步骤2：参考光依次经过电光调制器和准直镜进入分光棱镜；信号光直接透过分光棱镜和光学天线照射到振动物体，经由振动物体反射被光学天线接收，最后进入分光棱镜；步骤3：进入分光棱镜的参考光与被振动物体反射进入分光棱镜的信号光在分光棱镜处发生干涉，然后进入光电探测器；步骤4：光电探测器接收载有物体振动信号的电信号，实现对入射光束的外差调制。利用本发明，解决了原有的由于声光调制器调制频率高而造成的后期信号解调难、解调方法受限制等问题。
Description
技术领域
本发明涉及振动检测技术领域，尤其涉及一种用于振动检测的外差调制方法。
背景技术
随着激光多普勒振动测量技术的飞速发展，激光多普勒振动测量技术已具有通常方法无法达到的精度和灵敏度，并且可以远距离、非接触的测量各种微弱振动目标的运动速度及微小位移变化。
激光多普勒振动测量技术的飞速发展，不仅取决于激光技术本身的长期发展，同时还取决于各种新方法的产生和器件的快速发展。目前应用振动测量主要是利用外差调制技术，它是利用载波技术将参考光转换成相位调制信号进行测量，提高了光电信号的信噪比，具有抗干扰能力强，测量速度高，易于实现高测量分辨力等特点，因而在高精密测量中一般采用外差调制的方式。
目前的激光多普勒相干测振原理是系统发出相干激光束照射到被检测物体表面，表面振动导致到达物体表面的信号光发生多普勒频移。通过相干调制的方法可以测量多普勒频移，从而获得物体振动的速度、振幅、频率等，从调制方式上可分为零差调制和外差调制两种。外差调制中，将频率为fs的激光多普勒信号与经过声光调制器产生固定频移f+fM的变化的参考光发生混频。探测器输出差频为：ΔfD＝f+fM-fs，再由高通滤波消除直流漂移，鉴频后获得多普勒频移从而获得物体的振动特征。
目前的外差调制方法通常采用声光调制器，并通过后期模拟电路进行放大滤波还原出系统的振动特性。由于声光调制器的最低调制频率为40MHz，因此为后期的信号解调不但增加了一定的解调难度，而且在解调中由于采用模拟电路的处理方法中使用的器件设置是非数字化设置，从而增加了一定的解调噪声，同时很难满足某些解调中的对称性要求。
随着基于labview的模拟仪器技术的快速发展，该技术具有设计灵活，操作简单，扩展性好等优点，目前的信号解调方法趋近于无器件化的数字信号处理方法。通过labview对振动信号解调建立虚拟仪器的解调方法，降低了系统的解调噪声，具有很强的对称性、灵活的造作性、广泛的应用性和后期技术的开发延展性等优点。但是由于采用此方法需要应用数据采集卡进行信号的传输，目前较高的采集频率为100K，而相对于以往采用声光调制器进行振动系统的调制的方法的最低频率为40MHz，因此无法通过labview来实现对信号的解调。因此迫切的需要一种新型的外差调制方法来满足labview所建立的数字化信号处理的要求。
电光调制器是基于电光效应原理来工作的，可实现调制频率范围为0～300MHz的不同数值的外差调制，通过设定电光调制器的驱动电路来控制满足于目前现有采集卡频率要求的调制度和调制频率。电光调制器可以应用于数据采集卡进行数据采集，从而满足基于labview进行以虚拟仪器进行振动信号解调的要求。通过采用此方法，可以提高解调系统的信噪比以及使解调处于人机交互的方式，增加系统的可操作性及广泛的应用性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种用于振动检测的外差调制方法，以解决原有的由于声光调制器调制频率高而造成的后期信号解调难、解调方法受限制等问题。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种用于振动检测的外差调制方法，该方法包括：
步骤1：入射光束经过分束器被分成两束光，一束为参考光，一束为信号光；
步骤2：参考光依次经过电光调制器和准直镜进入分光棱镜；信号光直接透过分光棱镜和光学天线照射到振动物体，经由振动物体反射被光学天线接收，最后进入分光棱镜；
步骤3：进入分光棱镜的参考光与被振动物体反射进入分光棱镜的信号光在分光棱镜处发生干涉，然后进入光电探测器；
步骤4：光电探测器接收载有物体振动信号的电信号，实现对入射光束的外差调制。
上述方案中，在参考光依次经过电光调制器和准直镜进入分光棱镜的步骤中，参考光进入电光调制器后，通过该电光调制器的起偏器进入该电光调制器的电光晶体，在外加单一频率固定幅度的驱动电压的作用下该电光晶体的相位以频率ω0发生变化，使进入该电光晶体的参考光的相位同样以频率ω0发生变化，最终实现了对参考光的外差调制。所述驱动电压是由与该电光调制器连接的驱动电源施加的。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的用于振动检测的外差调制方法，通过采用声光调制器能够达到调制频率范围在0～300MHz的宽频谱调制，通过利用NI的数据采集卡进行数据采集能够降低系统噪声及系统成本，有效地解决了原有的由于声光调制器调制频率高而造成的后期信号解调难、解调方法受限制等问题。
2、本发明提供的用于振动检测的外差调制方法，利用电光调制器产生的固定调频进行调制，可以测量出物体表面的微小振动，具有高精度，非接触，频率响应快等显著特点。同时其结构紧凑，性能稳定，便于集成，驱动电压低，安全性能更高。
附图说明
图1为电光调制器的调频原理图；
图2为本发明提供的用于振动检测的外差调制方法流程图；
图3为用于振动检测的外差调制系统的示意图；图3中，1为激光器，2为分束器，3为电光调制器，4为准直镜，5分光棱镜，6为光学天线，7为振动物体，8为电光调制器驱动电源，9为光电探测器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的用于振动检测的外差调制方法，是基于图1所示的电光调制器实现的。图1为电光调制器的调频原理图，该电光调制器具有一起偏器和一电光晶体，输入光束通过该起偏器进入该电光晶体，在外加单一频率固定幅度的驱动电压的作用下该电光晶体的相位以频率ω0发生变化，使进入该电光晶体的输入光束的相位同样以频率ω0发生变化，最终实现了对输入光束的外差调制。
基于图1所示的电光调制器的调频原理，图2示出了本发明提供的用于振动检测的外差调制方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤1：入射光束经过分束器被分成两束光，一束为参考光，一束为信号光；
步骤2：参考光依次经过电光调制器和准直镜进入分光棱镜；信号光直接透过分光棱镜和光学天线照射到振动物体，经由振动物体反射被光学天线接收，最后进入分光棱镜；
步骤3：进入分光棱镜的参考光与被振动物体反射进入分光棱镜的信号光在分光棱镜处发生干涉，然后进入光电探测器；
步骤4：光电探测器接收载有物体振动信号的电信号，实现对入射光束的外差调制。
其中，在步骤2所述参考光依次经过电光调制器和准直镜进入分光棱镜的步骤中，参考光进入电光调制器后，通过该电光调制器的起偏器进入该电光调制器的电光晶体，在外加单一频率固定幅度的驱动电压的作用下该电光晶体的相位以频率ω0发生变化，使进入该电光晶体的参考光的相位同样以频率ω0发生变化，最终实现了对参考光的外差调制。驱动电压是由与该电光调制器连接的驱动电源施加的。
图2所示的用于振动检测的外差调制方法，是基于图3所示的用于振动检测的外差调制系统实现的。在图3中，激光器1发射出的激光经过分束器2分成两束光，一束为参考光，一束为信号光，其中参考光依次经过电光调制器3和准直镜4进入分光棱镜5。信号光直接透过分光棱镜5和光学天线6照射到振动物体7，经由振动物体7反射被光学天线6接收，最后进入分光棱镜5；此时进入分光棱镜5的参考光与被振动物体7反射进入分光棱镜5的信号光在分光棱镜5处发生干涉，然后进入光电探测器9，最终光电探测器9接收的是载有物体振动信号的电信号，实现对激光器发出的激光的外差调制。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于振动检测的外差调制方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1：入射光束经过分束器被分成两束光，一束为参考光，一束为信号光；
步骤2：参考光依次经过电光调制器和准直镜进入分光棱镜；信号光依次直接透过分光棱镜和光学天线照射到振动物体，经由振动物体反射被光学天线接收，最后进入分光棱镜；
步骤3：进入分光棱镜的参考光与被振动物体反射进入分光棱镜的信号光在分光棱镜处发生干涉，然后进入光电探测器；
步骤4：光电探测器接收载有物体振动信号的电信号，实现对入射光束的外差调制。
2.根据权利要求1所述的用于振动检测的外差调制方法，其特征在于，在参考光依次经过电光调制器和准直镜进入分光棱镜的步骤中，参考光进入电光调制器后，通过该电光调制器的起偏器进入该电光调制器的电光晶体，在外加单一频率固定幅度的驱动电压的作用下该电光晶体的相位以频率ω0发生变化，使进入该电光晶体的参考光的相位同样以频率ω0发生变化，最终实现了对参考光的外差调制。
3.根据权利要求2所述的用于振动检测的外差调制方法，其特征在于，所述驱动电压是由与该电光调制器连接的驱动电源施加的。
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