CN108931291A - 一种非接触式的微振动测量系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种非接触式的微振动测量系统和方法，其中所述系统包括：激光驱动器，其配置为生成驱动电流，并且，所述驱动电流为经调制信号调制后生成的电流；激光器，其配置为在所述驱动电流作用下发射第一光信号，并接收多次反射后返回的第二光信号，基于所述第一光信号和第二光信号生成多次反馈自混合干涉信号；预处理模块，其配置为对所述多次反馈自混合干涉信号进行预处理生成第三光信号；数据处理模块，其配置为按照预设算法对所述第三光信号进行频域分析获得第一相位信号；并基于所述第一相位信号以及所述激光器的发射的第一光信号的第一初始相位，确定所述振动对象的位移信号。本公开实施例能够提高检测精度且具有更好的适用性。

Description

一种非接触式的微振动测量系统和方法

技术领域

本公开涉及一种信息处理领域，特别涉及一种微振动测量系统和方法。

背景技术

目前，振动测量技术在众多技术领域中都有所应用，例如可以应用在医疗领域或者工业领域，其中，可以利用振动测量技术实现目标对象的振动特征的检测，或者也可以实现振动对象的距离检测等等。但是现有技术中，通常采用振动传感器或者加速度传感器等其他检测器件通过直接接触的方式检测振动对象的振动特征，而上述直接接触检测的方式由于安装位置、器件大小等因素的限制，适用性不够好，而且检测误差较大，精度不高。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种微振动测量系统和方法，其采用非接触检测的方式方便的检测振动对象的微振动情况并能适用于任意波振动检测，同时能够有效的提高测量的分辨率，具有较高的检测精度。

根据本公开的第一方面，提供了一种非接触式微振动测量系统，其包括：

激光驱动器，其配置为生成驱动电流，并且，所述驱动电流为经调制信号调制后生成的电流；

激光器，其配置为在所述驱动电流作用下发射第一光信号，并接收经多次反射形成的第二光信号，基于所述第一光信号和第二光信号生成多次反馈自混合干涉信号；其中，所述多次反射包括二次反射或者多于二次的反射；

预处理模块，其配置为对所述多次反馈自混合干涉信号进行预处理生成第三光信号；

数据处理模块，其配置为按照预设算法对所述第三光信号进行分析获得第一相位信号；并基于所述第一相位信号以及所述激光器的发射的第一光信号的第一初始相位，确定所述振动对象的位移信号。

在本公开的一些实施例中，所述激光驱动器包括：

信号发生器，其配置为生成所述调制信号；

激光控制器，其配置为接收所述调制信号，并基于所述调制信号对其生成的恒定信号进行调制生成所述驱动电流。

在本公开的一些实施例中，所述数据处理模块进一步配置为通过预设算法去除多次反馈自混合干涉信号中的干扰分量，得到所述第三光信号。

在本公开的一些实施例中，所述数据处理模块进一步配置为基于所述第一相位信号和第一初始相位的差值，确定所述振动对象的位移信号。

在本公开的一些实施例中，所述调制信号为锯尺波信号。

另外，本公开实施例还提供了一种微振动测量方法，其包括：

基于激光器在驱动电流作用下发射的第一光信号以及经多次反射形成的第二光信号，生成多次反馈自混合干涉信号，其中所述驱动电流为经调制信号调制后生成的电流；其中，所述多次反射包括二次反射或者多于二次的反射；

对所述多次反馈自混合干涉信号进行预处理得到第三光信号；

按照预设算法对所述第三光信号进行分析，获得第一相位信号；

基于所述第一相位信号以及所述激光器的发射的第一光信号的第一初始相位，确定所述振动对象的位移信号。

在本公开的一些实施例中，所述方法还包括生成所述驱动电流的步骤，其包括：

获取所述调制信号；

基于所述调制信号对激光控制器生成的恒定信号进行调制生成所述驱动电流。

在本公开的一些实施例中，对所述多次反馈自混合干涉信号进行预处理得到第三光信号包括：

通过预设算法去除多次反馈自混合干涉信号中的干扰分量，得到所述第三光信号。

在本公开的一些实施例中，确定所述振动对象的位移信号包括：

获取所述第一相位信号和第一初始相位的差值；

基于所述差值确定所述振动对象的位移信号。

在本公开的一些实施例中，所述调制信号为锯尺波信号。

根据上述公开，可以获知本公开实施例具备如下有益效果：

1、本公开实施例可以不直接与振动对象接触实现振动特征的检测，避免接触测量带来的误差，更加方便且适用性更好；

2、本公开实施例可以通过经调制后的驱动电流对激光器进行驱动，使得激光器生成的第一光信号与调制信号匹配呈现周期性变化，从而使得基于第一光信号以及经多次反射形成的第二光信号所得到的多次反馈自混合干涉信号为阶梯信号，通过该阶梯信号形式的多次反馈自混合干涉信号可以更为方便的检测振动对象的微振动，并可以方便的获得振动对象的位移信号，同时还可以实现各种类型的振动的检测，并能够提高测量的分辨率，具有较高的检测精度；

3、本公开实施例通过对经多次反射的第二光信号和第一光信号进行处理获得振动对象的微振动检测，其中，在多次自混合干涉技术中，反射次数越多，干涉信号的条纹数量越多，测量分辨率也就越高，例如自混合（单次反射）干涉技术的测量分辨率为λ/2，在二次反射自混合干涉技术中，测量分辨率为λ/4，三次反馈自混合干涉技术的测量分辨率为λ/6等等，（其中λ为振动信号的波长），因此，本公开实施例中可以有效的提高振动对象的振动测量的分辨率，提高测量精度。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出根据本公开实施例的微振动测量系统的原理结构图；

图2示出根据本公开实施例的激光驱动器的原理结构图；

图3示出了本公开实施中的微振动测量系统的结构示意图

图4示出根据本公开实施例的微振动测量方法的原理流程图；

图5示出根据本公开实施例的一次和二次反馈自混合干涉技术应用在正弦振动检测的比较示意图；

图6示出根据本公开实施例的误差对比图；

图7示出根据本公开实施例的任意波振动验证结果示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

图1示出根据本公开实施例的微振动测量系统的原理结构图，其中，本公开实施例的微振动测量系统可以包括：激光器1、激光驱动器2、数据处理模块3和预处理模块4。

其中，激光器1可以设置在振动对象的一侧，并可以在驱动电流作用下发射第一光信号，该第一光信号传送到振动对象后，经振动对象反射回激光器1，激光器1可以接收经振动对象返回的第二光信号，其中，第二光信号可以是第一光信号经多次反射后生成的光信号，其中，该多次反射可以包括二次反射或者多于二次的反射。激光器1还可以基于所述第一光信号和第二光信号生成多次反馈自混合干涉信号。其中激光器可以包括发光二极管LD和光电二极管PD。其中，发光二极管LD在驱动电流的作用下生成并发送第一光信号，光电二极管PD对第一光信号和接收的第二光信号进行光电转换形成光强形式的多次反馈自混合干涉信号。

激光驱动器2用于生成所述驱动电流，并可以与激光器1电连接，从而可以通过驱动电流调节激光器1生成的第一光信号。具体的，激光驱动器2可以与激光器1内的发光二极管LD电连接，以通过生成的驱动电流调节发光二极管LD生成的第一光信号。并且，本公开实施例中的驱动电流可以为经调制信号调制后生成的电流，而现有技术中的驱动电流为恒定电流。本公开实施例中激光驱动器2通过调制信号对用于对激光器1进行控制的控制电流进行调制生成驱动电流，该驱动电流被输入至激光器1，从而对调节激光器1发出的第一光信号。本公开实施例中的调制信号可以周期性变化的信号，即按照周期呈规律性变化。例如调制信号可以为锯齿波信号。由于调制信号的周期性变化特点，其可以使得激光器1输出的第一光信号周期性变化，使得生成的多次反馈自混合干涉信号成为阶梯信号。

例如，在驱动电流没有被调制的情况下，激光器1生成的干涉信号的光强公式可表示为：

其中，表示有反射信号时的光强，表示无反馈时的初始光强，为调制系数，表示初始相位。

激光器1在驱动电流的作用下调制输出光信号的光频率。当光频率由调制信号进行电流调制时，光频率在一个周期内的表达式可表示为：

由于调制信号具有周期性，因此可以按照调制信号的一个周期进行说明。其中，表示光频率的直流分量，为调制信号的调制系数，为调制信号的周期。在不存在反射光的情况下，LD的输出光功率（第一光信号）在一个周期内的表达式可表示为：

这里，表示原始光功率，表示光频率与光功率之间比例关系。当存在反射情况时，此时，LD的输出光功率（干涉信号）可以表示成：

这里的是出现在A(t)上的共振模式，是带有物体振动相关信息的函数，B是与外部振动物体反射系数相关的参数。

通过上述配置既可以获取干涉信号P(t)，在获得干涉信号之后，则可以通过预处理模块4和数据处理模块3对该信号进行处理，而对应的得到振动对象的微振动位移。

本公开实施例中，预处理模块4可以对从激光器1获取的多次反馈自混合干涉信号进行信号预处理，从而得到第三光信号。其中，具体的，本公开实施例中的预处理模块4可以包括降噪子模块。其中，为了避免调制信号对实验结果产生影响，降噪子模块可以对混合干扰信号进行降噪优化处理。例如，按照预设算法对多次反馈自混合干涉信号进行预处理以去除其中的干扰分量，例如直流分量，例如可以按照下式实现上述降噪优化处理，预处理后得到包含物体振动信息的光功率P(t)'（第三光信号），此时的信号具有周期性波动其表达式可表示为：

，根据上述公式可以进一步得到

本公开实施例中，由于、、均为常数，因此预处理后信号的频率是由来决定的。又因为是出现在上的共振模式，的频率为，因此预处理后的频率也应当为常量。因此去除多次反馈自混合干涉信号中的干扰分量后，对多次反馈自混合干涉信号的后续处理并不影响，而且由于去除了干扰信号，其可以进一步的优化测量精度。

另外，在本公开的另一实施例中，预处理模块4还可以包括：采样子模块，该采样子模块可以连接在激光器1和降噪子模块之间，并用于执行采样操作。具体的，采样子模块可以按照预设采样模块从激光器1中多次反馈自混合干涉信号的获取采样信号，并将采样信号传输给降噪子模块进行降噪优化处理。其中，预设采样频率可以根据多次反馈自混合干涉信号的数据长度或者数据量来确定，本领域技术人员可以根据对应需求进行设定。另外，本公开实施例通过采样子模块对多次反馈自混合干涉信号进行采样获取采样信号，一方面可以保留多次反馈自混合干涉信号的特征信息保证后续的信号处理的精度，另一方面，减少了处理的数据量，可以加快数据处理速度。

在预处理模块4执行预处理操作后，数据处理模块3可以对预处理模块生成的第三光信号进行信号处理得到微振动的位移方程。本公开实施例中，在获得了第三光信号之后，数据处理模块3可以按照预设算法对第三光信号进行分析获得第一相位信号。其中，该预设算法可以为任意的频域分析算法，如傅里叶变换算法。本公开实施例可以采用快速傅里叶变换算法对多次反馈自混合干涉信号进行处理，从而能够准确有效的确定多次反馈自混合干涉信号的相位信号（第一相位信号）。例如，本公开实施例中，可以将多次反馈自混合干涉信号进行分段处理，即将多次反馈自混合干涉信号划分成预设数量的子信号，并对每个子信号进行快速傅里叶变换，从而得到上述第一相位信号。在获取第一相位信号后，数据处理模块3可以基于该第一相位信号以及所述激光器1的发射的第一光信号的第一初始相位，确定所述振动对象的位移信号。

其中，第一相位信号为多次反馈自混合干涉信号的第一相位信号，第一初始相位为第一光信号的初始相位。本公开实施例中，数据处理模块3可以基于第一相位信号和第一初始相位的差值确定第三相位信号，并基于该第三相位信号确定位移信号。例如，可以通过下式获取第三相位信号：

其中，为第一相位信号，为第一初始相位，为第三相位信号。

从而可以基于下式获得位移信号d：

本公开实施例中，可以用表示激光器1与振动对象之间的原始距离，表示光速，则表示初始相位，当振动对象的振动微位移为时，用表示光通过外部振动对象反射的次数。则激光器1发出的光从离开激光器1到回到激光器1内所用的时间为：

根据频率与相位之间的关系可知多次反馈自混合干涉信号的第一相位信号为：

用表示，则 ，此时物体振动微位移可以表示为

通过上述配置，即可以获得振动对象的位移信号，由于本公开实施例的第一光信号是由调制信号调制后的驱动电流的驱动作用下生成的信号，在该驱动电流的作用下可以使得生成的多次反馈自混合干涉信号为阶梯信号，从而可以用于更加精确且方便的确定振动对象的振动位移信号，以实现振动对象的微振动检测。

图2示出根据本公开实施例中的激光驱动器的原理结构图，其中，本公开实施例中的激光驱动器2可以包括：

信号发生器21，其配置为生成所述调制信号；

激光控制器22，其配置为接收所述调制信号，并基于所述调制信号对其生成的恒定信号进行调制生成所述驱动电流。

本公开实施例中的激光控制器22可以生成一恒定信号，如恒流信号，信号发生器21可以生成上述调制信号，如锯尺波信号。激光控制器22的恒定信号在在该调制信号的作用下，生成所述驱动电流，该驱动电流为周期性变化的电流。本公开实施例中的LD的阈值电流可以为21mA，典型值可以为28mA，最大电流不超过35mA，因此，可以将LD控制器的驱动电流设定为28mA，在电流调制的作用下，可以控制LD的电流在28mA附近上下波动。

图3示出了本公开实施中的微振动测量系统的结构示意图。

其中，在振动对象7和激光器1之间还可以设置透镜6，以用于汇聚光信号。经激光器1发射的第一光信号经过透镜6照射到振动对象7上，经振动对象多次反射的光经透镜6返回至激光器1内形成第二光信号。

另外，为了防止温度变化引起振动测量误差，本公开实施例中的微振动测量系统还可以包括温度控制器5，其可以用于检测激光器1内的温度，并可以通过其内的调温机构将所述激光器1内的温度保持在预设温度，从而使得发光二极管LD工作在该预设温度的工作环境中，避免温度影响光信号的变化。其中，该预设温度可以根据不同的设计需求进行自行设定，如本公开实施例中的预设温度可以为22-26摄氏度范围内的温度值，如25摄氏度，此时LD生成的第一光信号稳定在650 nm。上述仅为本公开的示例性说明，本公开实施例对此不进行限制。

另外，本公开实施例中的温度控制器可以为TED 200C型的温控设备，其可以包括温度传感器、加热部件和制冷部件， 其中，可以通过温度传感器检测激光器1内的温度值，在该温度值低于预设温度时，可以通过加热部件进行加热使温度升高，并可以在温度高于该预设温度时，通过制冷部件进行降温，直至温度达到预设温度。

基于本公开实施例该配置可以实现驱动电流的生成，通过驱动电流的作用进一步对第一光信号进行调制，以使得生成的自混合干涉信号成为阶梯信号，可以更为方便的检测振动对象的微振动，并可以方便的获得振动对象的位移信号，同时还可以实现各种类型的振动的检测，并且能够有效的提高测量的分辨率，具有更高的检测精度；另外，本公开实施例可以不直接接触振动对象来实现振动特征的检测，具有简单方便且适用性更好的特点。

另外，本公开实施例还提供了一种微振动测量方法，该方法可以应用在上述微振动测量系统内，图3示出了根据本公开实施例的微振动测量方法的原理流程图，其中，该方法可以包括：

S1：基于激光器在驱动电流作用下发射的第一光信号以及从振动对象多次反射返回的第二光信号，生成多次反馈自混合干涉信号，其中所述驱动电流为经调制信号调制后生成的电流；该多次反射包括二次反射或者多于二次的反射；

S2：对所述多次反馈自混合干涉信号进行预处理得到第三光信号；

S3：按照预设算法对所述第三光信号进行分析，获得第一相位信号；

S4：基于所述第一相位信号以及所述激光器的发射的第一光信号的第一初始相位，确定所述振动对象的位移信号。

其中，如图3所示，本公开实施例中的激光器1可以设置在振动对象的一侧，并可以在驱动电流作用下发射第一光信号，该第一光信号传送到振动对象后，经振动对象反射回激光器1，激光器1可以接收经振动对象返回的第二光信号，其中，第二光信号可以经多次反射后生成的光信号。激光器1还可以基于所述第一光信号和第二光信号生成多次反馈自混合干涉信号。其中激光器可以包括发光二极管LD和光电二极管PD。其中，发光二极管LD在驱动电流的作用下生成并发送第一光信号，光电二极管PD对第一光信号和接收的第二光信号进行光电转换形成光强形式的多次反馈自混合干涉信号。

本公开实施例在步骤S1之前还可以包括生成所述驱动电流的步骤，其包括：

获取所述调制信号；

基于所述调制信号对激光控制器生成的恒定信号进行调制生成所述驱动电流。

本公开实施例，激光驱动器2可以用于生成所述驱动电流，该激光驱动器2可以与激光器1电连接，从而可以通过驱动电流调节激光器1生成的第一光信号。具体的，激光驱动器2可以与激光器1内的发光二极管LD电连接，以通过生成的驱动电流调节发光二极管LD生成的第一光信号。并且，本公开实施例中的驱动电流可以为经调制信号调制后生成的电流，而现有技术中的驱动电流为恒定电流。本公开实施例中激光驱动器2通过调制信号对用于对激光器1进行控制的控制电流进行调制生成驱动电流，该驱动电流被输入至激光器1，从而调节激光器1发出的第一光信号。本公开实施例中的调制信号是可以周期性变化的信号，即按照周期呈规律性变化。例如调制信号可以为锯齿波信号。由于调制信号的周期性变化特点，其可以使得激光器1输出的第一光信号周期性变化，使得多次反馈自混合干涉信号为阶梯信号。

例如，在驱动电流没有被调制的情况下，激光器1生成的干涉信号的光强公式可表示为：

其中，表示有反射信号时的光强，表示无反馈时的初始光强，为调制系数，表示初始相位。

激光器1在驱动电流的作用下调制输出光信号的光频率。当光频率由调制信号进行电流调制时，光频率在一个周期内的表达式可表示为：

由于调制信号具有周期性，因此可以按照调制信号的一个周期进行说明。其中，表示光频率的直流分量，为调制信号的调制系数，为调制信号的周期。在不存在反射光的情况下，LD的输出光功率（第一光信号）在一个周期内的表达式可表示为：

这里，表示原始光功率，表示光频率与光功率之间比例关系。当存在反射情况时，此时，LD的输出光功率（干涉信号）可以表示成：

这里的是出现在A(t)上的共振模式，是带有物体振动相关信息的函数，B是与外部振动物体反射系数相关的参数。

通过上述配置既可以获取干涉信号P(t)，在获得干涉信号之后，则可以通过预处理模块4和数据处理模块3对该信号进行处理，而对应的得到振动对象的微振动位移。

另外，本公开实施例中，步骤S2中对所述多次反馈自混合干涉信号进行预处理得到第三光信号可以包括：

通过预设算法去除多次反馈自混合干涉信号中的干扰分量，得到所述第三光信号。

本公开实施例中，预处理模块4可以对从激光器1获取的多次反馈自混合干涉信号进行信号预处理，从而得到第三光信号。其中，具体的，本公开实施例中的预处理模块4可以包括降噪子模块。其中，为了避免调制信号对实验结果产生影响，降噪子模块可以对混合干扰信号进行降噪优化处理。例如，按照预设算法对多次反馈自混合干涉信号进行预处理以去除其中的干扰分量，例如直流分量，例如可以按照下式实现上述降噪优化处理，预处理后得到包含物体振动信息的光功率P(t)'（第三光信号），此时的信号具有周期性波动其表达式可表示为：

，根据上述公式可以进一步得到

本公开实施例中，由于、、均为常数，因此预处理后信号的频率是由来决定的。又因为是出现在上的共振模式，的频率为，因此预处理后的频率也应当为常量。因此去除多次反馈自混合干涉信号中的干扰分量后，对多次反馈自混合干涉信号的后续处理并不影响，而且由于去除了干扰信号，其可以进一步的优化测量精度。

另外，在本公开的另一实施例中，预处理模块还可以包括：采样子模块，该采样子模块可以连接在激光器1和降噪子模块之间，并用于执行采样操作。具体的，采样子模块可以按照预设采样模块从激光器1中多次反馈自混合干涉信号的获取采样信号，并将采样信号传输给降噪子模块进行降噪优化处理。其中，预设采样频率可以根据多次反馈自混合干涉信号的数据长度或者数据量来确定，本领域技术人员可以根据对应需求进行设定。另外，本公开实施例通过采样子模块对多次反馈自混合干涉信号进行采样获取采样信号，一方面可以保留多次反馈自混合干涉信号的特征信息保证后续的信号处理的精度，另一方面，减少了处理的数据量，可以加快数据处理速度。

在预处理模块4执行预处理操作后，数据处理模块3可以对预处理模块生成的第三光信号进行信号处理得到微振动的位移方程。本公开实施例中，在获得了第三光信号之后，数据处理模块3可以按照预设算法对第三光信号进行频域分析获得第一相位信号。其中，该预设算法可以为任意的频域分析算法，如傅里叶变换算法，本公开实施例可以采用快速傅里叶变换算法对多次反馈自混合干涉信号进行处理，从而能够准确有效的确定多次反馈自混合干涉信号的相位信号（第一相位信号）。在获取第一相位信号后，数据处理模块3可以基于该第一相位信号以及所述激光器1的发射的第一光信号的第一初始相位，确定所述振动对象的位移信号。

其中，第一相位信号为多次反馈自混合干涉信号的第一相位信号，第一初始相位为第一光信号的初始相位。本公开实施例中，数据处理模块3可以基于第一相位信号和第一初始相位的差值确定第三相位信号，并基于该第三相位信号确定位移信号。例如，可以通过下式获取第三相位信号：

其中，为第一相位信号，为第一初始相位，为第三相位信号。

从而可以基于下式获得位移信号d：

本公开实施例中，可以用表示激光器1与振动对象之间的原始距离，表示光速，则表示初始相位，当振动对象的振动微位移为时，用表示光通过外部振动对象反射的次数。则激光器1发出的光从离开激光器1到回到激光器1内所用的时间为：

根据频率与相位之间的关系可知多次反馈自混合干涉信号的第一相位信号为：

用表示，则 ，此时物体振动微位移可以表示为

通过上述配置，即可以获得振动对象的位移信号，由于本公开实施例的第一光信号是经调制信号调制后驱动电流的驱动生成的信号，在该驱动电流的作用下可以使得生成的信号为多次反馈自混合干涉信号，从而可以用于更加精确且方便的确定振动对象的振动位移信号，以实现振动对象的微振动检测。

下面举例说明本公开实施例的微振动测量系统和方法的测量效果。

首先，使振动对象（PZT）进行峰峰值为300 nm、频率为2Hz的正弦振动，信号发生器设置锯齿波的峰峰值为4 mV，频率为100Hz，采样率为51200，采样数为51200。预处理模块将采集的信号进行预处理后，信号的采样数不足51200，为了便于观察自混合干涉信号和2FSMI信号的条纹数量，本公开取38400个点绘制结果，得到的验证结果如图5所示。其中a是对经一次反馈后形成的自混合干涉信号进行电流调制和预处理后得到的信号，b为对经二次反馈后形成的自混合干涉信号进行电流调制并预处理后的信号，c和d表示通过FFT频谱分析解调后得到的相位； e和f表示由c和d经过解包裹后获得的振动微位移；由于一次反馈的自混合干涉技术和二次反馈的自混合干涉技术重构微位移的初相位不同，导致对比效果不明显。因此，将e和f中的部分图形截取出来g和h所示。从c和d中可以看出，二次反馈系统中获得相位的条纹数量是SMI系统中条纹数量的2倍。在g和h中，一次反馈技术重构波形的最大重构误差为21.228 nm，二次反馈技术重构波形的最大重构误差为11.220 nm。也就是说，本公开实施例重构的正弦振动优于SMI技术重构正弦振动。

为了避免实验的偶然性，本公开进行了一系列频率相同、幅值不同的正弦运动验证，对不同振动情况下得到的是最大重构误差取十次平均值得到的重构误差结果如图6所示。从图6中可以明显看出，当物体振动相同时，本公开二次反馈技术所重构的振动对象微位移的重构误差明显小于一次反馈技术的重构误差。

然后，利用PZT驱动器控制PZT做任意波运动，进行任意振动的检测，得到的验证结果如图7所示。其中a是衰减波信号的重构波形，可以看出400ms左右的波峰所对应的值是大于后一个波峰的，其最大重构误差为13.02 nm；b是令PZT交替做频率、幅值均不相同的正弦波，其最大重构误差为18.54 nm；c是令PZT交替做频率相同幅值不同的三角波，其最大重构误差为16.57 nm。因此，本公开实施例，不仅可以重构正弦运动，而且可以重构任意波运动。

基于该配置可以实现驱动电流的生成，通过驱动电流的作用进一步对第一光信号进行调制，以使得生成的自混合干涉信号成为阶梯信号，可以更为方便的检测振动对象的微振动，并可以方便的获得振动对象的位移信号，同时还可以实现各种类型的振动的检测，并且能够有效的提高测量的分辨率，具有更高的检测精度；另外，本公开实施例可以不直接接触振动对象来实现振动特征的检测，具有简单方便且适用性更好的特点。

本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、静态随机存取存储器（SRAM）、便携式压缩盘只读存储器（CD-ROM）、数字多功能盘（DVD）、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波（例如，通过光纤电缆的光脉冲）、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构（ISA）指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列（FPGA）或可编程逻辑阵列（PLA），该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

这里参照根据本公开实施例的方法、装置（系统）和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种微振动测量系统，其特征在于，包括：

激光驱动器，其配置为生成驱动电流，所述驱动电流为经调制信号调制后生成的电流；

激光器，其配置为在所述驱动电流作用下发射第一光信号，并接收经多次反射形成的第二光信号，基于所述第一光信号和第二光信号生成多次反馈自混合干涉信号；其中，所述多次反射包括二次反射或者多于二次的反射；

预处理模块，其配置为对所述多次反馈自混合干涉信号进行预处理生成第三光信号；

数据处理模块，其配置为按照预设算法对所述第三光信号进行分析获得第一相位信号；并基于所述第一相位信号以及所述激光器的发射的第一光信号的第一初始相位，确定所述振动对象的位移信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征正在于，所述激光驱动器包括：

信号发生器，其配置为生成所述调制信号；

激光控制器，其配置为接收所述调制信号，并基于所述调制信号对其生成的恒定信号进行调制生成所述驱动电流。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据处理模块进一步配置为通过预设算法去除多次反馈自混合干涉信号中的干扰分量，得到所述第三光信号。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据处理模块进一步配置为基于所述第一相位信号和第一初始相位的差值，确定所述振动对象的位移信号。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述调制信号为锯尺波信号。

6.一种微振动测量方法，其特征在于，包括：

基于激光器在驱动电流作用下发射的第一光信号以及经多次反射形成的第二光信号，生成多次反馈自混合干涉信号，其中所述驱动电流为经调制信号调制后生成的电流；其中，所述多次反射包括二次反射或者多于二次的反射；

对所述多次反馈自混合干涉信号进行预处理得到第三光信号；

按照预设算法对所述第三光信号进行分析，获得第一相位信号；

基于所述第一相位信号以及所述激光器的发射的第一光信号的第一初始相位，确定所述振动对象的位移信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括生成所述驱动电流的步骤，其包括：

获取所述调制信号；

基于所述调制信号对激光控制器生成的恒定信号进行调制生成所述驱动电流。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对所述多次反馈自混合干涉信号进行预处理得到第三光信号包括：

通过预设算法去除多次反馈自混合干涉信号中的干扰分量，得到所述第三光信号。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，确定所述振动对象的位移信号包括：

获取所述第一相位信号和第一初始相位的差值；

基于所述差值确定所述振动对象的位移信号。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述调制信号为锯尺波信号。