CN110849465B - 一种任意波形光频调制及溯源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种任意波形光频调制及溯源装置，属于光电测量技术领域。本发明主要由激光测振仪、第一λ/2波片、第二λ/2波片、第三λ/2波片、第四λ/2波片、第一偏振分光镜、第二偏振分光镜、第三偏振分光镜、第四偏振分光镜、分光镜、第一透镜、第二透镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜、第四平面反射镜、第一声光调制器、第二声光调制器、FM信号源、任意波发生器、正弦信号源、光电探测器、滤波放大器、数字示波器、电子计算机组成。本发明在任意波形光频调制装置技术基础上，实现光频调制装置中已调激光信号波形的精确解调，获得其任意波形的解调结果，并将其通过数字示波器的指标参量实现任意波形的溯源。

Description

一种任意波形光频调制及溯源装置

技术领域

本发明涉及一种任意波形光频调制及溯源装置，属于光电测量技术领域。

背景技术

激光测振仪是一种通用、基础性振动、冲击测量仪器，具有高精度、非接触、对被测对象无附加干扰和影响的测量仪器，它的计量校准与性能测评一直是行业难点问题，主要原因有：1)它的激励为运动量值(位移、速度、加速度)，而所用测量原理又是通过激光多普勒效应进行，需要通过光频率变化感知物理运动，输出又是以电信号数据形式给出结果，涉及机械运动、光频控制、电子测量等不同方面。2)由于光电测量的频率范围和准确度远高于机械运动量值的频率范围与准确度，导致对其进行计量校准和性能测评所需的合适的激励源一直缺乏，很难寻找到合乎要求的装置与设备。3)通常对其计量校准均是通过“标准振动台”激励，以“标准激光测振仪”进行量值测量，对其它激光测振仪进行计量校准。由于振动台属于机电结构的物理运动装置，受限于物理原理和机械原理等的限制，以及材料、机械加工能力等的限制，和激光测振仪这种光电测量仪器相比，其稳定性不易达到很高，频带较窄，并且在低频时振幅可以达到比较大的量值，而高频情况下，振幅仅能实现非常小的量值，准确度也较低，不易达到给激光测振进行计量溯源的技术要求。尽管使用标准激光测振仪进行计量校准，由于振动台特性造成的不确定度以及其振幅和频率范围所造成的限制仍然是激光测振仪计量校准中存在的主要问题。4)另一方面，使用标准激光测振仪对其它激光测振仪进行计量溯源本身，也存在着逻辑上的问题是，标准激光测振仪自己的计量校准问题仍然无法获得解决。

任意波形光频调制装置，是专门为激光测振仪计量校准和性能评估而设计发明的专用装置。可以用任意波形光频调制方式给被评价的激光测振仪发出的激光进行频率调制，从而实现以任意已知波形方式激励被评价的激光测振仪。由于经历了光频调制环节，被用作实质激励的任意波形是否保持了原有电子信号波形的技术特征，需要以计量校准的方式予以实现，从而引出任意波形光频调制装置的溯源问题。

发明内容

针对任意波形光频调制装置的溯源问题，本发明公开的一种任意波形光频调制及溯源装置要解决的技术问题是：在任意波形光频调制装置技术基础上，实现光频调制装置中已调激光信号波形的精确解调，获得其任意波形的解调结果，并将其通过数字示波器的指标参量实现任意波形的溯源。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明公开的一种任意波形光频调制及溯源装置，主要由激光测振仪、第一λ/2波片、第二λ/2波片、第三λ/2波片、第四λ/2波片、第一偏振分光镜、第二偏振分光镜、第三偏振分光镜、第四偏振分光镜、分光镜、第一透镜、第二透镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜、第四平面反射镜、第一声光调制器、第二声光调制器、FM信号源、任意波发生器、正弦信号源、光电探测器、滤波放大器、数字示波器、电子计算机组成。

由激光测振仪产生的激光，经过第一偏振分光镜和分光镜，在分光镜处一分为二。

经分光镜分光的一路经第二平面反射镜反射后，穿过第三偏振分光镜，与从第二λ/2波片过来并经第三偏振分光镜反射的调制光合束干涉，共同到达光电探测器。

经分光镜分光的另一路经第二偏振分光镜、第一λ/2波片，到达第一声光调制器，任意波发生器产生所需的任意波形调制信号，对FM信号源进行频率调制，产生已调FM信号控制第一声光调制器，对第一λ/2波片传输来的光频进行调制，产生+1级衍射激光，该激光经过第一透镜变为平行光，到达第一平面反射镜，经过第一平面反射镜反射后回到第一声光调制器，再次被第一声光调制器调制，经过第一λ/2波片，被第二偏振分光镜反射，穿过第二λ/2波片、到达第三偏振分光镜后被一分为二；

经第三偏振分光镜分光的一路经过第四偏振分光镜反射、穿过第四λ/2波片，到达第二声光调制器，正弦信号源对第二声光调制器进行控制，对第四λ/2波片传来的激光进行调制，产生-1级衍射激光。该激光经过第二透镜后变为平行光，到达第三平面反射镜，经过第三平面反射镜反射后回到第二声光调制器，再次被第二声光调制器调制，穿过第四λ/2波片，经过第四偏振分光镜透射，到达第四平面反射镜，穿过第三λ/2波片、被第一偏振分光镜反射，回到激光测振仪。完成以任意波发生器产生的任意波形对激光测振仪进行振动激励的模拟过程。

经第三偏振分光镜分光的另外一路光束与经过第二平面反射镜传来的激光信号进行合束干涉，共同到达光电探测器，被光电探测器接收转换成电信号，该电信号经滤波放大器放大，到达数字示波器采集存储获得信号波形，传输给电子计算机，进行波形解调处理，获得任意波发生器输出的用于调制的任意波形的解调结果。由此，完成任意波形调制信号经过数字示波器的向上级参量的量值溯源。

有益效果：

1、本发明公开的一种任意波形光频调制及溯源装置，充分借助于被溯源的任意波形光频调制装置原有结构特点，使用其中的中间环节激光作为解调对象，提取出调制波形信息，从而完成其光频调制的任意波形的溯源，能够显著简化系统的体系、结构和所用的光电元器件；并使结构更加紧凑小巧，容易进行系统集成。

2、本发明公开的一种任意波形光频调制及溯源装置，关于调频信号波形的解调，使用数字化解调原理，与硬件方法相比，本发明能够获得良好的收敛性，具有较高的测量准确度，并对载波非平稳且幅度包络变化剧烈的情况具有良好的自适应性。

3、本发明公开的一种任意波形光频调制及溯源装置，获得的光频调制器的激光频率调控信号波形，借助于高速数据采集和量化技术获取信号波形序列，以数字化方式实现激光频率调控信号波形的瞬时频率精确解调，进而获得作为标准的振动速度波形和振动加速度波形，并最终解决激光测振仪本身的动态测量和量值溯源问题。

4、本发明公开的一种任意波形光频调制及溯源装置，实际上是将线运动信号(线运动速度、线运动加速度)量值通过频率调制与解调技术溯源到频率量值上，因而从原理上，具有比机械运动激励更高的测量准确度和稳定性。因为频率量值是当今计量行业里所能达到最高测量准确度的一个物理量，远高于任何其它物理量。

附图说明

图1为本发明的装置的结构示意图。

其中：1—激光测振仪、2—第一λ/2波片、3—第一偏振分光镜、4—分光镜、5—第二偏振分光镜、6—第一声光调制器、7—第一透镜、8—第一平面反射镜、9—第二λ/2波片、10—第三偏振分光镜、11—第二平面反射镜、12—第四偏振分光镜、13—第二声光调制器、14—第二透镜、15—第三平面反射镜、16—第四平面反射镜、17—第三λ/2波片、18—FM信号源、19—任意波发生器、20—正弦信号源、21—光电探测器、22—滤波放大器、23—数字示波器、24—电子计算机、25—第四λ/2波片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例

如图1所示，本实施例公开的一种任意波形光频调制及溯源装置，由激光测振仪1、第一λ/2波片2、第二λ/2波片9、第三λ/2波片17、第四λ/2波片25、第一偏振分光镜3、第二偏振分光镜5、第三偏振分光镜10、第四偏振分光镜12、分光镜4、第一透镜7、第二透镜14、第一平面反射镜8、第二平面反射镜11、第三平面反射镜15、第四平面反射镜16、第一声光调制器6、第二声光调制器13、FM信号源18、任意波发生器19、正弦信号源20、光电探测器21、滤波放大器22、数字示波器23、电子计算机24组成。

由激光测振仪1产生的激光，经过第一偏振分光镜3和分光镜4，在分光镜4处一分为二。

经分光镜4分光的一路经第二平面反射镜11反射后，穿过第三偏振分光镜10，与从第二λ/2波片9过来并经第三偏振分光镜10反射的调制光合束干涉，共同到达光电探测器21。

经分光镜4分光的另一路经第二偏振分光镜5、第一λ/2波片2，到达第一声光调制器6，任意波发生器19产生所需的任意波形调制信号，对FM信号源18进行频率调制，产生已调FM信号控制第一声光调制器6，对第一λ/2波片2传输来的光频进行调制，产生+1级衍射激光，该激光经过第一透镜7变为平行光，到达第一平面反射镜8，经过第一平面反射镜8反射后回到第一声光调制器6，再次被第一声光调制器6调制，经过第一λ/2波片2，被第二偏振分光镜5反射，穿过第二λ/2波片9、到达第三偏振分光镜10后被一分为二；

经第三偏振分光镜10分光的一路经过第四偏振分光镜12反射、穿过第四λ/2波片25，到达第二声光调制器13，正弦信号源20对第二声光调制器13进行控制，对第四λ/2波片25传来的激光进行调制，产生-1级衍射激光。该激光经过第二透镜14后变为平行光，到达第三平面反射镜15，经过第三平面反射镜15反射后回到第二声光调制器13，再次被第二声光调制器13调制，穿过第四λ/2波片25，经过第四偏振分光镜12透射，到达第四平面反射镜16，穿过第三λ/2波片17、被第一偏振分光镜3反射，回到激光测振仪1。完成以任意波发生器15产生的任意波形对激光测振仪1进行振动激励的模拟过程。

经第三偏振分光镜10分光的另外一路光束与经过第二平面反射镜11传来的激光信号进行合束干涉，共同到达光电探测器21，被光电探测器21接收转换成电信号，该电信号经滤波放大器22放大，到达数字示波器23采集存储获得信号波形，传输给电子计算机24，进行波形解调处理，获得任意波发生器19输出的用于调制的任意波形的解调结果。由此，完成任意波形调制信号经过数字示波器的向上级参量的量值溯源。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，均落入本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种任意波形光频调制及溯源装置，其特征在于：主要由激光测振仪(1)、第一λ/2波片(2)、第二λ/2波片(9)、第三λ/2波片(17)、第四λ/2波片(25)、第一偏振分光镜(3)、第二偏振分光镜(5)、第三偏振分光镜(10)、第四偏振分光镜(12)、分光镜(4)、第一透镜(7)、第二透镜(14)、第一平面反射镜(8)、第二平面反射镜(11)、第三平面反射镜(15)、第四平面反射镜(16)、第一声光调制器(6)、第二声光调制器(13)、FM信号源(18)、任意波发生器(19)、正弦信号源(20)、光电探测器(21)、滤波放大器(22)、数字示波器(23)、电子计算机(24)组成；

由激光测振仪(1)产生的激光，经过第一偏振分光镜(3)和分光镜(4)，在分光镜(4)处一分为二；

经分光镜(4)分光的一路经第二平面反射镜(11)反射后，穿过第三偏振分光镜(10)，与从第二λ/2波片(9)过来并经第三偏振分光镜(10)反射的调制光合束干涉，共同到达光电探测器(21)；

经分光镜(4)分光的另一路经第二偏振分光镜(5)、第一λ/2波片(2)，到达第一声光调制器(6)，任意波发生器(19)产生所需的任意波形调制信号，对FM信号源(18)进行频率调制，产生已调FM信号控制第一声光调制器(6)，对第一λ/2波片(2)传输来的光频进行调制，产生+1级衍射激光，该激光经过第一透镜(7)变为平行光，到达第一平面反射镜(8)，经过第一平面反射镜(8)反射后回到第一声光调制器(6)，再次被第一声光调制器(6)调制，经过第一λ/2波片(2)，被第二偏振分光镜(5)反射，穿过第二λ/2波片(9)、到达第三偏振分光镜(10)后被一分为二；

经第三偏振分光镜(10)分光的一路经过第四偏振分光镜(12)反射、穿过第四λ/2波片(25)，到达第二声光调制器(13)，正弦信号源(20)对第二声光调制器(13)进行控制，对第四λ/2波片(25)传来的激光进行调制，产生-1级衍射激光；该激光经过第二透镜(14)后变为平行光，到达第三平面反射镜(15)，经过第三平面反射镜(15)反射后回到第二声光调制器(13)，再次被第二声光调制器(13)调制，穿过第四λ/2波片(25)，经过第四偏振分光镜(12)透射，到达第四平面反射镜(16)，穿过第三λ/2波片(17)、被第一偏振分光镜(3)反射，回到激光测振仪(1)；完成以任意波发生器(19 )产生的任意波形对激光测振仪(1)进行振动激励的模拟过程；

经第三偏振分光镜(10)分光的另外一路光束与经过第二平面反射镜(11)传来的激光信号进行合束干涉，共同到达光电探测器(21)，被光电探测器(21)接收转换成电信号，该电信号经滤波放大器(22)放大，到达数字示波器(23)采集存储获得信号波形，传输给电子计算机(24)，进行波形解调处理，获得任意波发生器(19)输出的用于调制的任意波形的解调结果；由此，完成任意波形调制信号经过数字示波器的向上级参量的量值溯源。

Images