CN113029523B - 一种激光干涉仪中i/q解调相位计的增益自动控制装置及方法 - Google Patents
一种激光干涉仪中i/q解调相位计的增益自动控制装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制装置，包括增益可调放大器、幅值计算器和增益控制器，所述增益可调放大器的输入端与所述I/Q解调相位计的光电探测器的输出端连接，增益可调放大器的输出端与所述I/Q解调相位计的I/Q解调相位测量单元的输入端连接，所述I/Q解调相位测量单元的I路输出端和Q路输出端通过幅值计算器连接增益控制器的输入端，所述增益控制器的输出端连接增益可调放大器的增益调节单元输入端。本发明通过对电流放大器的增益进行调节，在耦合效率降低的时候调节电流放大器的增益，从而降低后端电路的噪声影响，提高信噪比。本发明还公开了一种激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及精密测量领域，更具体地，涉及一种激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制装置及方法。
背景技术
激光干涉仪是精密测量位移和速度等物理量的关键器件之一。激光干涉仪具有测量范围大、精度高等优点，在空间科学任务中得到了广泛的应用。受卫星发射和太空环境的影响，长期测量中激光干涉仪的干涉耦合效率会发生变化，使得干涉拍频信号的幅值变化。干涉拍频信号经过电流放大器转换为电压信号，但电流放大器固定增益情况下，干涉信号太弱时，会使信噪比降低，从而降低干涉仪测量精度。
专利文献(CN103063128A，公开日2013年04月24日)公开了一种用于双频激光干涉仪的动态电子信号相位测量系统，其中的激光干涉仪的I/O解调相位计的电流放大器增益为固定值，当干涉信号太弱时导致信噪比降低，从而影响干涉仪测量精度。因此，亟待提出一种可以自动控制激光干涉仪的I/Q解调相位计增益的装置和方法。
发明内容
本发明的首要目的是提供一种激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制装置，通过对电流放大器的增益进行调节，在耦合效率降低的时候调节电流放大器的增益，从而降低后端电路的噪声影响，提高信噪比。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制装置，包括增益可调放大器201、幅值计算器202和增益控制器203，所述增益可调放大器201的输出端与所述I/Q解调相位计的I/Q解调相位测量单元300的输入端连接，所述I/Q解调相位测量单元300的I路输出端和Q路输出端通过幅值计算器202连接增益控制器203的输入端，所述增益控制器203的输出端连接增益可调放大器201的增益调节单元输入端。
优选地，在所述I/Q解调相位计锁定状态下，所述幅值计算器202根据I路输出端和Q路输出端的输出得到待测信号的实时幅值；
优选地，所述增益控制器203通过幅值计算器202提供的待测信号的实时幅值得到增益调节量从而控制增益可调放大器201的增益。
优选地，所述增益可调放大器包括电流放大器和增益调节单元，通过改变增益调节单元的总反馈阻抗实现增益调节。
优选地，所述增益调节单元包括并联的若干阻抗支路，每一个阻抗支路包括相串联的阻抗和开关单元。
本发明的进一步目的是提供一种激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制方法，具体包括以下步骤：
S1、通过所述I/Q解调相位计的I/Q解调相位测量单元得到待测信号的I路输出和Q路输出；
S2、将I路输出和Q路输出发送至幅值计算器得到待测信号的实时幅值；
S3、将实时幅值发送至增益控制器得到增益调节量；
S4、增益可调放大器根据增益调节量控制所述I/Q解调相位计的增益。
优选地，在步骤S1之前，将所述I/Q解调相位计设为锁定状态；
优选地，幅值计算器采用公式
计算待测信号的实时幅值；其中I、Q分别为I路输出和Q路输出，A0为待测信号的实时幅值。
优选地，通过改变增益可调放大器中增益调节单元的总反馈阻抗实现增益调节。
优选地，通过并联的若干阻抗支路实现所述增益调节单元，每一个阻抗支路包括相串联的阻抗和开关单元。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明通过设置激光干涉仪中I/O解调相位计的增益自动控制装置及方法，通过设置增益可调放大器对电流放大器的增益进行调节从而在耦合效率降低的时候，调节电流放大器的增益，从而降低后端电路的噪声影响，提高信噪比。
附图说明
图1为本发明实施例提供的所述激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制装置示意图。
图2为本发明实施例提供的所述激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制装置电路示意图。
图3为本发明实施例提供的所述激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
一种激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制装置，参见图1，所述增益自动控制装置200包括增益可调放大器201、幅值计算器202和增益控制器203，所述增益可调放大器201的输入端与所述I/Q解调相位计的光电探测器(PD)100的输出端连接，增益可调放大器201的输出端与所述I/Q解调相位计的I/Q解调相位测量单元300的输入端连接，所述I/Q解调相位测量单元300的I路输出端和Q路输出端通过幅值计算器202连接增益控制器203的输入端，所述增益控制器203的输出端连接增益可调放大器201的增益调节单元输入端。
参见图2，I/Q解调相位测量单元300输入端接收增益可调放大器201电压信号后，经过抗混叠滤波器301滤除高频混叠噪声，输入到模拟数字转换器302并转换为数字信号，该数字信号并行输入到乘法器303和乘法器305,乘法器303将数字信号与数控振荡器308输出的sinω0t信号相乘，再经过第一低通滤波器304后，作为I路信号输出；同时，乘法器305将数字信号与数控振荡器308输出的cosω0t信号相乘，再经过第二低通滤波器306后，作为Q路信号输出，该信号也会进入比例积分控制器307，输入到数控振荡器308，进而控制输出的sinω0t信号和cosω0t信号的频率，使其相位与输入信号相位锁定。
值得注意的是，输入正弦信号可表示为A0sin(ω0t+θ0)，在所述I/Q解调相位计锁定状态下，参见图2，所述I/Q解调相位测量单元300的数控振荡器308频率和待测信号频率相等表示为ω0，I路经过乘法运算并滤除高频信号后，得到输出为
Q路经过乘法运算并滤除高频信号后，得到输出为
所述幅值计算器202根据I路输出端和Q路输出端的输出得到待测信号的实时幅值；在一个实施例中，采用公式
计算待测信号的幅值。
在一个实施例中，所述增益控制器203通过幅值计算器202提供的待测信号的实时幅值得到增益调节量从而控制增益可调放大器201的增益。
在一个实施例中，所述增益可调放大器201包括电流放大器和增益调节单元，通过改变增益调节单元的总反馈阻抗实现增益调节。
参见图1，光电探测器(PD)100将拍频光信号转换为电流信号，电流信号输入到增益可调放大器201进行互阻抗放大转换为电压信号，电压信号输入到I/Q解调相位测量单元300进行I/Q解调并测量相位，I/Q解调相位测量单元300再反馈I和Q两路解调信号给幅值计算器202，幅值计算器202再输出反馈调节信号来改变增益可调放大器201反馈阻抗大小，使增益达到期望增益，从而实现增益的自动控制。
在具体实施过程中，参见图2，所述增益调节单元包括并联的若干阻抗支路，每一个阻抗支路包括相串联的阻抗和开关单元。其中，阻抗可以表示为Z0、Z1、Z2……Zn，Zf为增益可调放大器的总反馈阻抗，则Zf＝Z1||Z2||...||Zn，增益可调放大器的增益为
其中Zs为光电探测器的内阻。通过开关单元的闭合或断开，改变阻抗支路的数目，进而改变增益调节单元的总反馈阻抗实现增益可调放大器201的增益调节。
实施例2
参见图3，一种激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制方法，具体包括以下步骤：
S1、通过所述I/Q解调相位计的I/Q解调相位测量单元得到待测信号的I路输出和Q路输出；
S2、将I路输出和Q路输出发送至幅值计算器得到待测信号的实时幅值；
S3、将实时幅值发送至增益控制器得到增益调节量；
S4、增益可调放大器根据增益调节量控制所述I/Q解调相位计的增益。
值得注意的是，在步骤S1之前，将所述I/Q解调相位计设为锁定状态，使所述I/Q解调相位计的I/Q解调相位测量单元的数控振荡器308频率与待测信号频率相等；
在一个实施例中，输入正弦信号可表示为A0sin(ω0t+θ0)，在所述I/Q解调相位计锁定状态下，本地数控振荡器频率和待测信号频率相等表示为ω0，I路经过乘法运算并滤除高频信号后，得到输出为
Q路经过乘法运算并滤除高频信号后，得到输出为
幅值计算器根据I路和Q路的输出，计算得到信号的幅值。
在一个实施例中，采用公式
计算待测信号的实时幅值；其中I、Q分别为I路输出和Q路输出，A0为待测信号的实时幅值。
通过改变增益可调放大器中增益调节单元的总反馈阻抗实现增益调节。通过并联的若干阻抗支路实现所述增益调节单元，每一个阻抗支路包括相串联的阻抗和开关单元。参见图2，所述增益调节单元包括并联的若干阻抗支路，每一个阻抗支路包括相串联的阻抗和开关单元。其中，阻抗可以表示为Z0、Z1、Z2……Zn，Zf为增益可调放大器的总反馈阻抗，则Zf＝Z1||Z2||...||Zn，增益可调放大器的增益为
其中Zs为光电探测器的内阻。通过开关单元的闭合或断开，改变阻抗支路的数目，进而改变增益调节单元的总反馈阻抗实现增益可调放大器201的增益调节。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制装置，其特征在于包括增益可调放大器(201)、幅值计算器(202)和增益控制器(203)，所述增益可调放大器(201)的输出端与所述I/Q解调相位计的I/Q解调相位测量单元(300)的输入端连接，所述I/Q解调相位测量单元(300)的I路输出端和Q路输出端通过幅值计算器(202)连接增益控制器(203)的输入端，所述增益控制器(203)的输出端连接增益可调放大器(201)的增益调节单元输入端；其中：
S1、通过所述I/Q解调相位计的I/Q解调相位测量单元(300)得到待测信号的I路输出和Q路输出；
S2、将I路输出和Q路输出发送至幅值计算器(202)得到待测信号的实时幅值；其中，所述幅值计算器(202)采用公式
计算待测信号的实时幅值；其中I、Q分别为I路和Q路分别经过乘法运算并滤除高频信号的输出，A0为待测信号的实时幅值；
S3、将实时幅值发送至增益控制器(203)得到增益调节量；
S4、增益可调放大器(201)根据增益调节量控制所述I/Q解调相位计的增益。
2.根据权利要求1所述的激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制装置，其特征在于在所述I/Q解调相位计锁定状态下，所述幅值计算器(202)根据I路输出端和Q路输出端的输出得到待测信号的实时幅值。
3.根据权利要求1所述的激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制装置，其特征在于所述增益控制器(203)通过幅值计算器(202)提供的待测信号的实时幅值得到增益调节量从而控制增益可调放大器(201)的增益。
4.根据权利要求1所述的激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制装置，其特征在于所述增益可调放大器(201)包括电流放大器和增益调节单元，通过改变增益调节单元的总反馈阻抗实现增益调节。
5.根据权利要求4所述的激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制装置，其特征在于所述增益调节单元包括并联的若干阻抗支路，每一个阻抗支路包括相串联的阻抗和开关单元。
6.一种激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制方法，应用于权利要求1～5任一项所述的激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制装置，其特征在于具体包括以下步骤：
S1、通过所述I/Q解调相位计的I/Q解调相位测量单元(300)得到待测信号的I路输出和Q路输出；
S2、将I路输出和Q路输出发送至幅值计算器(202)得到待测信号的实时幅值；其中，所述幅值计算器(202)采用公式
计算待测信号的实时幅值；其中I、Q分别为I路和Q路分别经过乘法运算并滤除高频信号的输出，A0为待测信号的实时幅值；
S3、将实时幅值发送至增益控制器(203)得到增益调节量；
S4、增益可调放大器(201)根据增益调节量控制所述I/Q解调相位计的增益。
7.根据权利要求6所述的激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制方法，其特征在于在步骤S1之前，将所述I/Q解调相位计设为锁定状态。
8.根据权利要求6所述的激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制方法，其特征在于通过改变增益可调放大器(201)中增益调节单元的总反馈阻抗实现增益调节。
9.根据权利要求8所述的激光干涉仪中I/Q解调相位计的增益自动控制方法，其特征在于通过并联的若干阻抗支路实现所述增益调节单元，每一个阻抗支路包括相串联的阻抗和开关单元。
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