CN105911605B - 一种光学干涉式重力仪中的闭环信号采集方法 - Google Patents

一种光学干涉式重力仪中的闭环信号采集方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105911605B
CN105911605B CN201610415613.0A CN201610415613A CN105911605B CN 105911605 B CN105911605 B CN 105911605B CN 201610415613 A CN201610415613 A CN 201610415613A CN 105911605 B CN105911605 B CN 105911605B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
signal
modulator
beam splitter
photodetector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610415613.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105911605A (zh
Inventor
黄腾超
陈傲
庞斌
车双良
舒晓武
刘承
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201610415613.0A priority Critical patent/CN105911605B/zh
Publication of CN105911605A publication Critical patent/CN105911605A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105911605B publication Critical patent/CN105911605B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V7/00—Measuring gravitational fields or waves; Gravimetric prospecting or detecting
    • G01V7/02—Details
    • G01V7/04—Electric, photoelectric, or magnetic indicating or recording means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

本发明公开的光学干涉式重力仪中的闭环信号采集方法，采用具有稳频激光光源、第一分束器、落体棱镜、参考棱镜、两个平行设置的平面反射镜、第二分束器、光电探测器、相位调制器以及PC上位机或者示波器的信号采集装置，由光电探测器将落体棱镜下落过程中采集的光信号作为反馈信号输给相位调制器，相位调制器输出一个偏置相位，补偿落体下落过程中测试光和参考光之间的相位差，相位补偿至2π后立即重置，并且重复相位补偿过程。通过相位调制器引入的相位差以及产生相位差的电压值作为最后获得的信号数据。本发明信号数据处理简便，测量灵敏度高。

Description

一种光学干涉式重力仪中的闭环信号采集方法
技术领域
本发明涉及一种光学干涉式重力仪中的闭环信号采集方法，尤其适用于绝对重力仪的信号采集系统中。
背景技术
目前光学干涉式重力仪包括绝对重力仪中，由于需要采集到的信号在兆赫兹量级，因此现在普遍采用的信号采集方法为：由光电探测器将光信号转换为电信号之后，通过示波器获取条纹数据然后转存到PC端进行处理；或者使用光电探测器加上高速采集卡直接采集数据到PC端进行处理。这两种数据采集方法虽然采集过程比较简单，但是整个光学干涉系统的测量灵敏度未充分利用，这样会给最后得到的测量数据带来误差，并且大量的条纹数据处理起来十分复杂。
发明内容
有鉴于现有技术的不足，本发明的目的是提出一种信号数据处理简便，测量灵敏度高的光学干涉式重力仪中的闭环信号采集方法。
本发明的光学干涉式重力仪中的闭环信号采集方法，采用具有稳频激光光源、第一分束器、落体棱镜、参考棱镜、两个平行设置的平面反射镜、第二分束器、光电探测器、相位调制器以及PC上位机或者示波器的信号采集装置，其中稳频激光光源、第一分束器、相位调制器、第二分束器和光电探测器依次在同一水平直线上，落体棱镜和参考棱镜位于第一分束器两侧并在同一竖直直线上，相位调制器的输入端与第一分束器的输出端相连，相位调制器的输出端与第二分束器的输入端相连，第二分束器的输出端与光电探测器的输入端相连，光电探测器的输出端与PC上位机或者示波器的输入端相连，光电探测器的信号输出端与相位调制器的信号输入端相连，相位调制器的信号输出端与PC上位机或者示波器的信号输入端相连；
信号采集步骤如下：
信号采集过程中，使落体棱镜在真空中进行自由落体运动，从第一位置下落到第二位置，下落过程中由稳频激光光源发出的光经过第一分束器分为两束，其中一束光作为测试光路，竖直向上依次经过落体棱镜、参考棱镜和两个平行设置的平面反射镜反射到达第二分束器，另一束光作为参考光路，水平出射经过相位调制器射入第二分束器，落体棱镜在下落过程中，测试光和参考光之间有光程差在第二分束器处发生干涉，第二分束器输出干涉条纹信号传输给光电探测器，由光电探测器将输入的光信号转换成为电信号分两路输出，其中一路信号作为反馈信号输给相位调制器，另一路信号传送给PC上位机或者示波器进行数据保存和处理，相位调制器根据输入的反馈信号调节偏置电压，在参考光路中引入一个补偿相位差使测试光和参考光的总相位差保持不变，相位调制器的输出信号输入PC上位机或者示波器，由PC上位机或者示波器将相位调制器的偏置电压进行处理计算，作为计算重力加速度g值的测量数据。
本发明的有益效果：本发明方法的具体实现方案简单灵活，易于优化设计；光电探测器一直保持在灵敏度最大的状态，测量精度较高；由相位调制器的输出电压作为信号数据，处理起来较为方便。
附图说明
图1为本发明的方案实现结构示意图。
图2为光学干涉式重力仪中光电探测器采集到的光强信号与信号采集光路的相位差之间的关系。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步说明。
本发明的光学干涉式重力仪中的闭环信号采集方法，采用如图1所示的信号采集装置，该信号采集装置具有稳频激光光源1、第一分束器2、落体棱镜3、参考棱镜4、两个平行设置的平面反射镜5、第二分束器6、光电探测器9、相位调制器11以及PC上位机或者示波器10的信号采集装置，其中稳频激光光源1、第一分束器2、相位调制器11、第二分束器6和光电探测器9依次在同一水平直线上，落体棱镜3和参考棱镜4位于第一分束器2两侧并在同一竖直直线上，两个平行设置的平面反射镜5用来保证经过平面反射镜5向上出射的光线沿竖直方向，相位调制器11的输入端与第一分束器2的输出端相连，相位调制器11的输出端与第二分束器6的输入端相连，第二分束器6的输出端与光电探测器9的输入端相连，光电探测器9的输出端与PC上位机或者示波器10的输入端相连，光电探测器9的信号输出端与相位调制器11的信号输入端相连，相位调制器11的信号输出端与PC上位机或者示波器10的信号输入端相连；
信号采集步骤如下：
信号采集过程中，使落体棱镜3在真空中进行自由落体运动，从第一位置7下落到第二位置8，下落过程中由稳频激光光源1发出的光经过第一分束器2分为两束，其中一束光作为测试光路，竖直向上射入落体棱镜3，经过反射后射入正下方的参考棱镜4，然后经过两个平行设置的平面反射镜5竖直向上射入第二分束器6，另一束光作为参考光路，水平出射经过相位调制器11射入第二分束器6，落体棱镜3在下落过程中，测试光和参考光之间有光程差在第二分束器6处发生干涉，第二分束器6输出光信号传输给光电探测器9，由光电探测器将输入的光信号转换成化为电信号分两路输出，其中一路信号作为反馈信号输给相位调制器11，另一路信号传送给PC上位机或者示波器10进行数据保存和处理，相位调制器11根据输入的反馈信号调节偏置电压，在参考光路中引入一个补偿相位差使测试光和参考光的总相位差保持不变，相位调制器11的输出信号输入PC上位机或者示波器10，由PC上位机或者示波器10将相位调制器的偏置电压进行处理计算，作为计算重力加速度g值的测量数据。
假设第一分束器2的分束比为1:1，则信号采集光路的输出光强为
其中，I0为稳频激光光源1发出的光强，为光电探测器9探测到的测试光和参考光之间的相位差。图2是光学干涉式重力仪中光电探测器9采集到的光强信号与信号采集光路的相位差之间的关系示意图，由图2可知光电探测器9采集到的光强与信号采集光路的相位差呈周期性正弦变化，因此当相位差为π/2±2π时，光电探测器9采集到的光强信号随着相位差的轻微变化非常明显，即光电探测器9对光信号的敏感度最高。因此不论落体棱镜3的下落距离为多大，测试光和参考光之间的相位差均由相位调制器11进行补偿，且光电探测器9所采集到的两束光之间的相位差为定值
在落体棱镜3从第一位置7下落到第二位置8的过程中，由于参考光路的光程缩短，测试光和参考光之间的相位差不断在减小。考虑到相位调制器11的调制能力有限，又由图2可知光电探测器9采集到的光强与信号采集光路的相位差呈周期为2π的周期性变化，即因此将相位差以2π作为一个周期，相位调制器11每调制2π相位后立即将偏置电压调至时的值，再继续重复，使得偏置电压也呈周期性的变化。这样既可以完成相位补偿，同时能够将相位调制需求保持在相位调制器11的调制能力之内。
相位调制器11的输出信号输入PC上位机或者示波器10，由PC上位机或者示波器10将相位调制器进行相位补偿时的电压变化数据进行处理作为测量数据，计算重力加速度g值。
在本实施例中相位调制器可采用美国THORLABS公司的LN27S-FC，带宽35GHz，半波电压7.0v，满足相位调制需求，但不仅限于此型号的相位调制器。

Claims (1)

1.一种光学干涉式重力仪中的闭环信号采集方法，其特征是，采用具有稳频激光光源（1）、第一分束器（2）、落体棱镜（3）、参考棱镜（4）、两个平行设置的平面反射镜（5）、第二分束器（6）、光电探测器（9）、相位调制器（11）以及PC上位机或者示波器（10）的信号采集装置，其中稳频激光光源（1）、第一分束器（2）、相位调制器（11）、第二分束器（6）和光电探测器（9）依次在同一水平直线上，落体棱镜（3）和参考棱镜（4）位于第一分束器（2）两侧并在同一竖直直线上，相位调制器（11）的输入端与第一分束器（2）的输出端相连，相位调制器（11）的输出端与第二分束器（6）的输入端相连，第二分束器（6）的输出端与光电探测器（9）的输入端相连，光电探测器（9）的输出端与PC上位机或者示波器（10）的输入端相连，光电探测器（9）的信号输出端与相位调制器（11）的信号输入端相连，相位调制器（11）的信号输出端与PC上位机或者示波器（10）的信号输入端相连；
信号采集步骤如下：
信号采集过程中，使落体棱镜（3）在真空中进行自由落体运动，从第一位置（7）下落到第二位置（8），下落过程中由稳频激光光源（1）发出的光经过第一分束器（2）分为两束，其中一束光作为测试光路，竖直向上依次经过落体棱镜（3）、参考棱镜（4）和两个平行设置的平面反射镜（5）反射到达第二分束器（6），另一束光作为参考光路，水平出射经过相位调制器（11）射入第二分束器（6），落体棱镜（3）在下落过程中，测试光参考光之间有光程差，在第二分束器（6）处发生干涉，第二分束器（6）输出干涉条纹信号传输给光电探测器（9），由光电探测器（9）将输入的光信号转换成为电信号分两路输出，其中一路信号作为反馈信号输给相位调制器（11），另一路信号传送给PC上位机或者示波器（10）进行数据保存和处理，相位调制器（11）根据输入的反馈信号调节偏置电压，在参考光路中引入一个补偿相位差，使测试光和参考光的总相位差保持不变，相位调制器（11）的输出信号输入PC上位机或者示波器（10），由PC上位机或者示波器（10）将相位调制器的偏置电压进行处理计算，作为计算重力加速度g值的测量数据。
CN201610415613.0A 2016-06-14 2016-06-14 一种光学干涉式重力仪中的闭环信号采集方法 Active CN105911605B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610415613.0A CN105911605B (zh) 2016-06-14 2016-06-14 一种光学干涉式重力仪中的闭环信号采集方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610415613.0A CN105911605B (zh) 2016-06-14 2016-06-14 一种光学干涉式重力仪中的闭环信号采集方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105911605A CN105911605A (zh) 2016-08-31
CN105911605B true CN105911605B (zh) 2018-01-12

Family

ID=56751179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610415613.0A Active CN105911605B (zh) 2016-06-14 2016-06-14 一种光学干涉式重力仪中的闭环信号采集方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105911605B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2724122C1 (ru) * 2019-11-11 2020-06-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) Способ выставления вертикали рабочего лазерного луча в баллистическом гравиметре

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107315200B (zh) * 2017-05-03 2019-04-16 浙江大学 一种光力驱动的高精度绝对相对重力测量仪
RU2663542C1 (ru) * 2017-06-07 2018-08-07 Анатолий Борисович Попов Интерферометр абсолютного гравиметра
CN111913230B (zh) * 2020-06-12 2022-02-01 浙江大学 一种基于真空光镊的绝对重力仪和测量方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6314809B1 (en) * 1998-11-12 2001-11-13 Yale University Gravity measurement using bose-einstein condensed vapors and atom interferometry
CN104061998A (zh) * 2014-07-02 2014-09-24 中国计量科学研究院 漫反射式零差正交激光测振仪
CN104634282A (zh) * 2015-02-28 2015-05-20 清华大学 光学探针干涉相位测量中相位误差补偿装置
CN105182433A (zh) * 2015-06-01 2015-12-23 北京航天控制仪器研究所 一种时间关联计算重力仪及测量方法
CN105333814A (zh) * 2015-10-16 2016-02-17 南京师范大学 相位调制型激光反馈光栅干涉仪及其测量方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6671057B2 (en) * 2001-10-31 2003-12-30 Schlumberger Technology Corporation Gravity and differential gravity sensor, and system and method for monitoring reservoirs using same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6314809B1 (en) * 1998-11-12 2001-11-13 Yale University Gravity measurement using bose-einstein condensed vapors and atom interferometry
CN104061998A (zh) * 2014-07-02 2014-09-24 中国计量科学研究院 漫反射式零差正交激光测振仪
CN104634282A (zh) * 2015-02-28 2015-05-20 清华大学 光学探针干涉相位测量中相位误差补偿装置
CN105182433A (zh) * 2015-06-01 2015-12-23 北京航天控制仪器研究所 一种时间关联计算重力仪及测量方法
CN105333814A (zh) * 2015-10-16 2016-02-17 南京师范大学 相位调制型激光反馈光栅干涉仪及其测量方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
二维光子晶体偏振滤波分束器的设计与优化;王晨歌 等;《光子学报》;20141231;第43卷(第12期);第1-4页 *
闭环光纤陀螺全数字式信号检测方法研究;叶炜 等;《光子学报》;19980430;第27卷(第4期);第334-337页 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2724122C1 (ru) * 2019-11-11 2020-06-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) Способ выставления вертикали рабочего лазерного луча в баллистическом гравиметре

Also Published As

Publication number Publication date
CN105911605A (zh) 2016-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105911605B (zh) 一种光学干涉式重力仪中的闭环信号采集方法
CN107872274B (zh) 一种光纤色散系数的测量方法
CN110174058A (zh) 动态偏频锁定式正弦频率扫描干涉绝对测距装置和方法
CN101858822B (zh) He-Ne激光器频率稳定度测量系统及其测量方法
CN101949685B (zh) 光纤型激光自混合干涉仪及其测量方法
CN108801153B (zh) 光纤长度测量方法及测量装置
CN107894327B (zh) 一种光纤色散系数的测量装置
US8023116B1 (en) Resolving quadrature fringes of interferometer signals in real time
CN102564564A (zh) 一种基于非平衡迈克尔逊光纤干涉仪的非接触微振动测量系统
CN104748835A (zh) 干涉量分离激光干涉测振仪非线性误差修正方法及装置
CN104748671B (zh) 角位移单频激光干涉仪非线性误差修正方法及装置
CN102538986A (zh) 基于三窗口的共光路干涉检测方法与装置
CN103529296B (zh) 一种用于测量梳状谱发生器相位谱的装置及方法
CN105785386A (zh) 基于f-p标准具的高精度调频连续波激光测距系统
CN106338333A (zh) 基于波片偏航的高鲁棒性零差激光测振仪及四步调整法
CN103727901A (zh) 基于波长移相法检测平面间平行度的方法
CN102914423A (zh) 一种色散光纤凹陷频率测量装置及其方法
CN104061998A (zh) 漫反射式零差正交激光测振仪
CN104713575A (zh) 一种闭环光纤陀螺频率特性的测试方法
CN110470622B (zh) 气体浓度检测方法、装置及系统
CN102169012A (zh) 提高半导体激光正弦相位调制干涉仪振动测量精度的方法
CN108279068B (zh) 基于四波横向剪切干涉的激光光束质量动态测量装置
CN205581298U (zh) 一种基于f-p标准具的高精度调频连续波激光测距系统
CN101738167A (zh) 基于谐振腔稳频的绝对距离测量系统及实现方法
Minoni et al. A high‐frequency sinusoidal phase‐modulation interferometer using an electro‐optic modulator: Development and evaluation

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant