CN105043527A - 一种脉冲激光外差多普勒振动测量结构 - Google Patents

一种脉冲激光外差多普勒振动测量结构 Download PDF

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陆小英
李博皓
曾华林
李耀祖
张心宇
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Abstract

本发明公开了一种脉冲激光外差多普勒振动测量结构，激光器输出端连接分束器输入端，分束器的一个输出端连接第一AOM的光信号输入端，分束器的另一输出端连接第二AOM的光信号输入端，第一AOM的电信号输入端连接第一驱动器的输出端，第二AOM的电信号输入端连接第二驱动器的输出端，第二AOM的输出端连接合束器的一个输入端；第一驱动器的输入端和第二驱动器的输入端均连接触发器的输出端；第一AOM输出的激光投射到测量目标上，测量目标将激光反射到合束器的另一输入端，合束器的输出端连接探测器输入端，探测器输出端连接处理器输入端。本发明通过激光脉冲外差调制，得到高载噪比的外差信号，可测量的距离更远。

Description

一种脉冲激光外差多普勒振动测量结构
技术领域
本发明涉及一种采用脉冲激光的干涉检测系统，尤其涉及一种脉冲激光外差多普勒振动测量结构。
背景技术
多普勒激光振动检测是一种非接触振动测量手段，因其高分辨率，高精度等优点而被广泛应用，但随着非接触检测距离需求越来越远，外差激光干涉仪的信号探测的信噪比是影响其测量距离的关键因素。因此，提高激光干涉仪的检测信噪比是提高其测量距离的重要保障，而系统工作的信噪比与其载噪比有着直接的关系，在连续激光干涉检测系统中，系统的载噪比为：
其中P为接收到的功率，η是转换效率，λ是激光波长，h为普朗克常数，c为光速，Bcw为工作带宽。
对脉冲信号而言，载噪比为：
其中Bp为载波带宽，tp为脉冲峰值宽度，T为周期。
连续和脉冲信号的载噪比为：
由上式可以知，对脉冲的载噪比信号的脉宽进行调节，可以极大地提高系统的载噪比，并且在带宽一定的情况下，tp越小，则载噪比越高。而现有的激光干涉多普勒振动测量设备（如polytec和美国光动力公司的产品）均采用连续载波方式。
发明内容
本发明的目的是为解决目前激光干涉多普勒振动测量设备均采用连续载波方式，信号探测的信噪比低，测量距离有限的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种脉冲激光外差多普勒振动测量结构，激光器输出端连接分束器输入端，分束器的一个输出端连接第一AOM（Acousto-opticalModulator，声光调制器）的光信号输入端，分束器的另一输出端连接第二AOM的光信号输入端，第一AOM的电信号输入端连接第一驱动器的输出端，第二AOM的电信号输入端连接第二驱动器的输出端，第二AOM的输出端连接合束器的一个输入端；第一驱动器的输入端和第二驱动器的输入端均连接触发器的输出端；第一AOM输出的激光投射到测量目标上，测量目标将激光反射到合束器的另一输入端，合束器的输出端连接探测器输入端，探测器输出端连接处理器输入端；
测振时，所述第一驱动器在所述触发器的触发下启动工作而驱动所述第一AOM工作，第一AOM进行脉冲调制输出的脉冲信号投射到所述测量目标，当测量目标有振动信号时，投射到测量目标上的光作为载波信号，通过多普勒相位载波的方式对脉冲激光进行调制，测量目标将调制过的信号反射回所述合束器，同时所述第二驱动器在触发器的触发下启动工作而驱动所述第二AOM工作，第二AOM进行外差移频调制，产生的外差移频信号通过第二AOM的输出端进入合束器，该外差移频信号与测量目标反射的已调脉冲信号在合束器中干涉，干涉光信号传给探测器，探测器将干涉光信号转换为电信号，测得测量目标的振动信号。
进一步地，所述激光器为窄线宽保偏及稳频激光器，线宽小于1KHz，波长为1550nm。
进一步地，所述第一AOM充当脉冲声光调制器，调制频率为360MHz。
进一步地，所述第二AOM充当声光移频器，移频为100MHz。
进一步地，所述分束器分光比为3db。
进一步地，所述测量目标为玻璃或铝板。
进一步地，所述探测器的频率带宽>1GHz。
进一步地，所述第一AOM进行脉冲调制输出的脉冲信号的占空比为8：1。
本发明通过对第一AOM进行高频脉冲调制，得到360MHz的脉冲信号，占空比为8：1；通过第二AOM移频得到外差信号，外差信号为100MHz，实现激光脉冲外差调制，从而得到高载噪比的外差信号，可测量的距离更远。同时具有光学结构简单和环境适应性好的优点。
附图说明
图1为本发明原理框图；
图2为脉冲调制后输出信号示意图；
图3为探测器检测到的振动信号示意图。
图中：1.激光器；2.分束器；3.第一AOM；4.第二AOM；5.第一驱动器；6.第二驱动器；7.触发器；9.合束器；10.测量目标；11.探测器；12.处理器。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，且其不应理解为对本发明的限制。
如图1所示，激光器1输出端连接分束器2输入端，激光器1为窄线宽保偏及稳频激光器，线宽小于1KHz，波长为1550nm，频率稳定度为10-7，功率稳定度为1%；分束器2的分光比为3db，分束器2的一个输出端连接第一AOM3的光信号输入端，分束器2的另一输出端连接第二AOM4的光信号输入端，第一AOM3的电信号输入端连接第一驱动器5的输出端，第二AOM4的电信号输入端连接第二驱动器6的输出端，第二AOM4的输出端连接合束器9的一个输入端；第一驱动器5的输入端和第二驱动器6的输入端均连接触发器7的输出端；第一AOM3输出的激光投射到测量目标10上，测量目标10为玻璃或铝板等反射介质，测量目标10将激光反射到合束器9的另一输入端，合束器9的输出端连接探测器11输入端，探测器11输出端连接处理器12输入端；探测器11的频率带宽>1GHz
测振时，第一驱动器5在触发器7的触发下启动工作而驱动第一AOM3工作，第一AOM3充当脉冲声光调制器，调制频率为360MHz，第一AOM3进行脉冲调制输出的如图2所示的占空比为8：1的脉冲信号投射到测量目标10，当测量目标10有振动信号时，投射到测量目标10上的光作为载波信号，通过多普勒相位载波的方式对脉冲激光进行调制，测量目标10将调制过的信号反射回合束器9，同时第二驱动器6在触发器7的触发下启动工作而驱动第二AOM4工作，第二AOM4充当声光移频器，移频为100MHz，第二AOM4进行外差移频调制，产生的外差移频信号通过第二AOM4的输出端进入合束器9，该外差移频信号与测量目标10反射的已调脉冲信号在合束器9中干涉，干涉光信号传给探测器11，探测器11将干涉光信号转换为电信号，测得测量目标10的振动信号，如图3所示。
在远距离激光多普勒振动测量过程中，系统的信噪比决定着系统的工作距离，而作为外差干涉系统，系统的载波对系统的信噪比有极大关系，因此提高系统载噪比是提高系统探测距离的重要手段之一。
比如采用传统的激光外差多普勒振动信号检测的工作距离为50米，在桥梁测振时，绝大多数桥高超过50米，使其使用受到一定限制，而采用脉冲外差载波方式可以把工作距离提高5倍以上，使其工作距离达250米，可以比较容易地对绝大多数桥梁进行测量。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种脉冲激光外差多普勒振动测量结构，其特征在于，激光器输出端连接分束器输入端，分束器的一个输出端连接第一AOM的光信号输入端，分束器的另一输出端连接第二AOM的光信号输入端，第一AOM的电信号输入端连接第一驱动器的输出端，第二AOM的电信号输入端连接第二驱动器的输出端，第二AOM的输出端连接合束器的一个输入端；第一驱动器的输入端和第二驱动器的输入端均连接触发器的输出端；第一AOM输出的激光投射到测量目标上，测量目标将激光反射到合束器的另一输入端，合束器的输出端连接探测器输入端，探测器输出端连接处理器输入端；
测振时，所述第一驱动器在所述触发器的触发下启动工作而驱动所述第一AOM工作，第一AOM进行脉冲调制输出的脉冲信号投射到所述测量目标，当测量目标有振动信号时，投射到测量目标上的光作为载波信号，通过多普勒相位载波的方式对脉冲激光进行调制，测量目标将调制过的信号反射回所述合束器，同时所述第二驱动器在触发器的触发下启动工作而驱动所述第二AOM工作，第二AOM进行外差移频调制，产生的外差移频信号通过第二AOM的输出端进入合束器，该外差移频信号与测量目标反射的已调脉冲信号在合束器中干涉，干涉光信号传给探测器，探测器将干涉光信号转换为电信号，测得测量目标的振动信号。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲激光外差多普勒振动测量结构，其特征在于，所述激光器为窄线宽保偏及稳频激光器，线宽小于1KHz，波长为1550nm。
3.根据权利要求1所述的一种脉冲激光外差多普勒振动测量结构，其特征在于，所述第一AOM充当脉冲声光调制器，调制频率为360MHz。
4.根据权利要求1所述的一种脉冲激光外差多普勒振动测量结构，其特征在于，所述第二AOM充当声光移频器，移频为100MHz。
5.根据权利要求1所述的一种脉冲激光外差多普勒振动测量结构，其特征在于，所述分束器分光比为3db。
6.根据权利要求1所述的一种脉冲激光外差多普勒振动测量结构，其特征在于，所述测量目标为玻璃或铝板。
7.根据权利要求1所述的一种脉冲激光外差多普勒振动测量结构，其特征在于，所述探测器的频率带宽>1GHz。
8.根据权利要求1所述的一种脉冲激光外差多普勒振动测量结构，其特征在于，所述第一AOM进行脉冲调制输出的脉冲信号的占空比为8：1。
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