CN113465722A - 一种低成本测振系统及振动测量方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种低成本测振系统及振动测量方法，其中，系统包括：低相干激光器，用于针对待测物体，生成测量激光；光学干涉组件，用于基于测量激光生成参考光束和测量光束，并基于参考光束和测量光束得到干涉光束；相干光探测组件，用于根据干涉光束转换得到第一路等幅正交电信号和第二路等幅正交电信号；信号处理组件，用于对第一路等幅正交电信号和第二路等幅正交电信号进行解调，得到待测物体的振动信息。由此，解决了相关技术中因选用窄线宽，高相干性激光器，不仅价格昂贵，且大大增加了整个系统的成本，限制了应用场景的问题，降低测振系统对于激光器相干性的要求，不仅降低了成本，且应用领域更为广泛。
Description
技术领域
本申请涉及激光测量技术领域，特别涉及一种低成本测振系统及振动测量方法。
背景技术
随着产业、技术的不断发展迭代，振动测量在现今的科学研究和工业生产中占据的地位愈发重要，其中，振动测量可分为接触式与非接触式检测两大类，与接触式检测相比，非接触式检测灵活度更高，操作更便捷，并且不会影响原振动状态，测量结果更准确，因此是振动测量传感器未来发展的一个重要方向。目前，较为成熟的非接触振动测量技术大多采用激光相干多普勒测量技术，根据是否存在稳定的频差，该测振技术可分为外差式结构和零差式结构。与外差式测振系统相比，零差式测振系统成本相对低廉，控制电路简单，并且利用硅光技术可集成到光子芯片上，具有大规模应用的潜力。
零差激光测振的本质是激光相干检测，根据相关研究表明，相干测量系统的信噪比与激光器线宽息息相关，激光器的线宽又直接影响激光器的相干性；线宽越窄，相干性越好；因此，为了保证系统的高信噪比与振动测量的准确性，零差激光测振系统都选用窄线宽，高相干性激光器。
然而，此类激光器非常昂贵，不仅大大增加了整个系统的成本，而且限制了应用场景，有待解决。
申请内容
本申请提供一种低成本测振系统及振动测量方法，以解决相关技术中因选用窄线宽，高相干性激光器，不仅价格昂贵，且大大增加了整个系统的成本，限制了应用场景的问题。
本申请第一方面实施例提供一种低成本测振系统，包括以下步骤：
低相干激光器，用于针对待测物体，生成测量激光；
光学干涉组件，用于将所述测量激光分光为初始参考光束和初始测量光束，并根据所述初始参考光束在所述光学干涉组件内的反射得到参考光束，并将所述初始测量光束发射至所述待测物体表面，根据所述待测物体表面的散射光束得到测量光束，并根据所述参考光束和所述测量光束得到干涉光束；
相干光探测组件，用于根据所述干涉光束转换得到第一路等幅正交电信号和第二路等幅正交电信号；以及
信号处理组件，用于对所述第一路等幅正交电信号和所述第二路等幅正交电信号进行解调，得到所述待测物体的振动信息。
可选地，所述光学干涉组件，包括：
光隔离器，用于单向传输所述测量激光；
第一偏振分光镜，用于在所述测量激光通过所述光隔离器后进行分光，得到所述初始参考光束和所述初始测量光束；
参考光延迟单元，所述参考光延迟单元包括：
第一四分之一波片，用于对所述初始参考光束透射；
第一反射镜，用于对所述初始参考光束透射后，对所述初始参考光束进行反射；
反射元件，用于将所述初始参考光束反射至所述反射镜，以再次通过反射镜将所述初始参考光束反射至所述第一四分之一波片，并经所述第一四分之一波片透射至所述第一偏振分光镜，以经所述第一偏振分光镜透射后得到所述参考光束；
第二四分之一波片，用于对所述初始测量光束进行透射；
聚焦系统，用于将透射后的初始测量光束投射至所述待测物体，并在接收到所述待测物体散射的初始测量光束后，将所述散射的初始测量光束经所述第二四分之一波片透射至所述第一偏振分光镜，以经所述第一偏振分光镜反射后得到所述测量光束；
调整单元，用于调整所述反射元件与所述第一反射镜的距离，使得所述参考光束与所述测量光束之间的光程差小于所述低相干激光器的相干长度，以得到所述干涉光束。
可选地，所述参考光延迟单元，还包括：
光纤耦合器，用于对所述初始参考光束进行耦合；
光纤延迟线，用于传输耦合之后的初始参考光束；
法拉第旋转镜，用于反射所述光纤延迟线传输的初始参考光束，以经所述光纤耦合器透射至所述第一偏振分光镜，以得到所述参考光束。
可选地，所述相干光探测组件，包括：
第三四分之一波片，用于对所述干涉光束透射；
消偏振分光镜，用于在所述干涉光束通过所述第三四分之一波片透射后进行分光，得到第一反射光和第一透射光；
第二偏振分光镜，用于对所述第一反射光进行分光，得到第二反射光和第二透射光；
第二反射镜，用于对所述第二透射光进行反射，得到第三反射光；
第一平衡探测器，用于接收所述第二反射光和所述第三反射光，并转化为所述第一路等幅正交电信号；
二分之一波片，用于对所述第一透射光透射；
第三偏振分光镜，用于对经过所述二分之一波片的所述第一透射光进行分光，得到第三透射光和第四反射光；
第三反射镜，用于对所述第四反射光进行反射，得到第五反射光；
第二平衡探测器，用于接收所述第五反射光和所述第三透射光，并转化为所述第二路等幅正交电信号。
可选地，其中，
所述第一四分之一波片快轴方向与所述第一偏振分光镜快轴呈第一预设角度；
所述第三四分之一波片快轴方向与所述第一偏振分光镜快轴呈第二预设角度；
所述二分之一波片快轴方向与所述第一偏振分光镜快轴呈第三预设角度；
所述第二偏振分光镜快轴方向与所述第一偏振分光镜快轴呈第四预设角度；
所述第三偏振分光镜快轴方向与所述第一偏振分光镜快轴呈第五预设角度。
可选地，其中，
所述反射元件为角锥棱镜或者反射镜；
所述消偏振分光镜均匀分光。
可选地，通过第一计算公式得到所述第一路等幅正交电信号：
通过第二计算公式得到所述第二路等幅正交电信号：
其中，α为所述测量光束与所述参考光束的振幅比，β1与β2为平衡探测器性能，E0为光场幅度，ω0为平均光频率，τd为测量距离d引起的延迟时间，τl为所述参考光延迟单元引起的延迟时间，ωs为所述待测物体振动引起的多普勒频率，φ(t-τl)为光场随机相位，t为时间，i为虚数单位，l为初始参考光束单程光程长度，d为测量距离，c为光速，Δω为所述低相干激光器的线宽，n1和n2均为探测器噪声。
可选地，解调公式为：
可选地，上述的零差激光测振，还包括：
指示光组件，所述指示光组件包括指示光分束器与测量光束共光轴，用于在所述测量激光为不可见光波段时，通过调整所述指示光分束器与所述测量光束共光轴指示测量点位。
本申请第二方面实施例提供一种低成本测振系统的振动测量方法，利用上述的低成本测振系统，其中，方法包括：
针对待测物体，生成测量激光；
将所述测量激光分光为初始参考光束和初始测量光束，并根据所述初始参考光束在所述光学干涉组件内的反射得到参考光束，并将所述初始测量光束发射至所述待测物体表面，根据所述待测物体表面的散射光束得到测量光束，并根据所述参考光束和所述测量光束得到干涉光束；
根据所述干涉光束转换得到第一路等幅正交电信号和第二路等幅正交电信号；以及
对所述第一路等幅正交电信号和所述第二路等幅正交电信号进行解调，得到所述待测物体的振动信息。
由此，可以针对待测物体，生成测量激光，并基于测量激光生成参考光束与测量光束，并根据参考光束与测量光束得到干涉光束，从而根据干涉光束转换得到第一路等幅正交电信号和第二路等幅正交电信号，并对第一路等幅正交电信号和第二路等幅正交电信号进行解调，得到待测物体的振动信息。由此，通过参考光延迟单元，减小参考光束与测量光束之间的光程差，从而降低测振系统对于激光器相干性的要求，解决了相关技术中因选用窄线宽，高相干性激光器，不仅价格昂贵，且大大增加了整个系统的成本，限制了应用场景的问题，不仅降低了成本，且应用领域更为广泛。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请实施例提供的一种低成本测振系统的方框示意图；
图2为根据本申请一个实施例的低成本测振系统的结构示例图；
图3为根据本申请一个实施例的参考光延迟单元可选布置方式示意图；
图4为根据本申请另一个实施例的低成本测振系统的结构示例图；
图5为根据本申请一个实施例的相干光探测组件的结构示意图；
图6为根据本申请一个实施例的参考光束与测量光束光程差与光电流信噪比关系的分析结果示意图；
图7为根据本申请一个实施例的参考光束与测量光束不同光程差下测量信号频谱示意图；
图8为根据本申请又一个实施例的低成本测振系统的结构示例图；
图9为根据本申请实施例提供的一种低成本测振系统的振动测量方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的低成本测振系统及振动测量方法。针对上述背景技术中心提到的因选用窄线宽，高相干性激光器，不仅价格昂贵，且大大增加了整个系统的成本，限制了应用场景的问题，本申请提供了一种低成本测振系统，在该方法中，可以针对待测物体，生成测量激光，并基于测量激光生成参考光束与测量光束，并根据参考光束与测量光束得到干涉光束，从而根据干涉光束转换得到第一路等幅正交电信号和第二路等幅正交电信号，并对第一路等幅正交电信号和第二路等幅正交电信号进行解调，得到待测物体的振动信息。由此，通过参考光延迟单元，减小参考光束与测量光束之间的光程差，从而降低测振系统对于激光器相干性的要求，解决了相关技术中因选用窄线宽，高相干性激光器，不仅价格昂贵，且大大增加了整个系统的成本，限制了应用场景的问题，不仅降低了成本，且应用领域更为广泛。
具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种低成本测振系统的方框示意图。
如图1所示，该低成本测振系统100包括：低相干激光器1、光学干涉组件2、相干光探测组件3和信号处理组件4。
其中，如图2所示，低相干激光器1用于针对待测物体12，生成测量激光。.
应当理解的是，本申请实施例可以通过低相干激光器1生成产生振动测量所需的激光，由于低相干激光器1线宽大，相干性低，不能忽略其相位扰动，因此出射激光的复数形式为：
E(t)＝E0exp{i[ω0t-φ(t)]}；
其中，E0为光场幅度，ω0为平均光频率，φ(t)为光场随机相位。
光学干涉组件2用于用于将测量激光分光为初始参考光束和初始测量光束，并根据初始参考光束在光学干涉组件内的反射得到参考光束，并将初始测量光束发射至待测物体表面，根据待测物体表面的散射光束得到测量光束，并根据参考光束和测量光束得到干涉光束。
可选地，在一些实施例中，如图2所示，光学干涉组件2包括：光隔离器6，用于单向传输测量激光；第一偏振分光镜7，用于在测量激光通过光隔离器6后进行分光，得到初始参考光束和初始测量光束；参考光延迟单元5，参考光延迟单元5包括：第一四分之一波片10，用于对初始参考光束透射；第一反射镜16，用于对初始参考光束透射后，对初始参考光束进行反射；反射元件11，用于将初始参考光束反射至反射镜，以再次通过反射镜将初始参考光束反射至第一四分之一波片10，并经第一四分之一波片10透射至第一偏振分光镜7，以经第一偏振分光镜7透射后得到参考光束；第二四分之一波片8，用于对初始测量光束进行透射；聚焦系统22，用于将透射后的初始测量光束投射至待测物体12，并在接收到待测物体12散射的初始测量光束后，将散射的初始测量光束经第二四分之一波片8透射至第一偏振分光镜7，以经第一偏振分光镜7反射后得到测量光束；调整单元，用于调整反射元件11与第一反射镜16的距离，使得参考光束与测量光束之间的光程差小于低相干激光器的相干长度，以得到干涉光束。
可选地，在一些实施例中，反射元件11为角锥棱镜或者反射镜，或者反射元件11还可以为将光原路返回的器件。
可选地，在一些实施例中，第一四分之一波片10快轴方向与第一偏振分光镜7快轴呈第一预设角度，其中，第一预设角度可以为45°。
需要说明的是，第一预设角度为可以是用户预先设定的角度，可以是通过有限次实验获取的角度，也可以是通过有限次计算机仿真得到的角度。优选地，第一预设角度为45°。
具体而言，光学干涉组件2与低相干激光器1相连，可以产生干涉光束。其中，低相干激光器1产生的激光通过光隔离器6，再由第一偏振分光镜7分光，反射光作为初始参考光束，透射光作为初始测量光束；初始参考光束经由参考光延迟单元5传输，其中，参考光延迟单元5由第二四分之一波片8、第一反射镜9和反射元件11组成，初始参考光束经由第二四分之一波片8透射，通过第一反射镜9调整传输方向，再由反射元件11原路返回，再由第二四分之一波片8透射进第一偏振分光镜7透射，得到参考光束，此时参考光束的光场形式为：
Eo(t)＝E0exp{i[ω0(t-τl)-φ(t-τl)]}；
其中，
为参考光延迟单元5引起的延迟时间，l为初始参考光束单程光程长度。
其中，如图3所示，图3为参考光延迟单元5可选布置方式，参照图2可知，通过调节第一反射镜9角度，可灵活布置参考光延迟单元，从而可更好满足需求。
初始测量光束经由第一四分之一波片10透射，通过聚焦系统22投射至待测物体12处，再由待测目标12散射，再由聚焦系统22接收，再由第一四分之一波片10透射，再经过第一偏振分光镜7反射，得到测量光束，此时测量光束的光场形式为：
Es(t)＝αE0exp{i[ω0(t-τd)-ωst-φ(t-τd)]}；
其中，α为测量光束与参考光束的振幅比，ωs为待测物体振动引起的多普勒频率，τd为由于测量距离d引起的延迟时间
此外，聚焦系统22可更换为不同焦距范围的聚焦系统，用于涵盖不同工作距离。可选地，在一些实施例中，参考光延迟单元5，还包括：光纤耦合器25，用于对初始参考光束进行耦合；光纤延迟线26，用于传输耦合之后的初始参考光束；法拉第旋转镜27，用于反射光纤延迟线26传输的初始参考光束，以经光纤耦合器25透射至第一偏振分光镜7，以得到参考光束。
具体地，如图4所示，参考光延迟单元5由光纤耦合器25、光纤延迟线26和法拉第旋转镜27组成；初始参考光束经由光纤耦合器25耦合进光纤内，在光纤延迟线26内传输，再由法拉第旋转镜27反射后原路返回，从光纤耦合器25射出，再经过所述第一偏振分光镜7透射；通过调整光纤延迟线26的长度使参考光束与测量光束的光程差较小，从而可在激光器低相干、大线宽情况下，系统仍保持较高的光电流信噪比。
相干光探测组件3用于根据干涉光束转换得到第一路等幅正交电信号和第二路等幅正交电信号。
可选地，在一些实施例中，相干光探测组件3包括：第三四分之一波片13，用于对干涉光束透射；消偏振分光镜14，用于在干涉光束通过第三四分之一波片13透射后进行分光，得到第一反射光和第一透射光；第二偏振分光镜15，用于对第一反射光进行分光，得到第二反射光和第二透射光；第二反射镜16用于对第二透射光进行反射，得到第三反射光；第一平衡探测器20，用于接收第二反射光和第三反射光，并转化为第一路等幅正交电信号；二分之一波片17，用于对第一透射光透射；第三偏振分光镜19，用于对经过二分之一波片17的第一透射光进行分光，得到第三透射光和第四反射光；第三反射镜18用于对第四反射光进行反射，得到第五反射光；第二平衡探测器21，用于接收第五反射光和第三透射光，并转化为第二路等幅正交电信号。
可选地，在一些实施例中，消偏振分光镜14均匀分光。
可选地，在一些实施例中，第三四分之一波片13快轴方向与第一偏振分光镜7快轴呈第二预设角度；二分之一波片17快轴方向与第一偏振分光镜7快轴呈第三预设角度；第二偏振分光镜15快轴方向与第一偏振分光镜7快轴呈第四预设角度；第三偏振分光镜19快轴方向与第一偏振分光镜7快轴呈第五预设角度。
需要说明的是，第二预设角度至第五预设角度均可以是用户预先设定的角度，可以是通过有限次实验获取的角度，也可以是通过有限次计算机仿真得到的角度。优选地，第二预设角度为45°，第三预设角度为22.5°，第四预设角度为0°，第五预设角度为0°。
具体而言，相干光探测组件3与光学干涉组件2相连，可以将干涉光束转换为两路等幅正交电信号(即第一路等幅正交电信号和等幅正交电信号)。
具体地，如图2所示，相干光探测组件3将干涉光束转换为第一路等幅正交电信号和等幅正交电信号如下：干涉光束经过第三四分之一波片13，再由消偏振分光镜14分光，第一反射光经过第二偏振分光镜15分光，得到第二反射光和第二透射光，第二透射光经过第二反射镜16反射，得到第三反射光，第三反射光与第二偏振分光镜15的第二反射光共同被第一平衡探测器20接收并转换为第一光电流信号，即第一路等幅正交电信号；第一透射光经过二分之一波片17，再经过第三偏振分光镜19分光，得到第三透射光和第四反射光，第四反射光经过第三反射镜18反射，得到第五反射光，第五反射光和第三透射光共同被第二平衡探测器21接收并转换为第二光电流信号，即第二路等幅正交电信号。
可选地，在一些实施例中，通过第一计算公式得到第一路等幅正交电信号：
通过第二计算公式得到第二路等幅正交电信号：
其中，α为所述测量光束与所述参考光束的振幅比，β1与β2为平衡探测器性能，E0为光场幅度，ω0为平均光频率，τd为测量距离d引起的延迟时间，τl为所述参考光延迟单元引起的延迟时间，ωs为所述待测物体振动引起的多普勒频率，φ(t-τl)为光场随机相位，t为时间，i为虚数单位，l为初始参考光束单程光程长度，d为测量距离，c为光速，Δω为所述低相干激光器的线宽，n1和n2均为探测器噪声。
需要说明的是，n1和n2均为探测器噪声，在零差探测中主要以散粒噪声为主，噪声能量可表示为：
其中，e电子电荷，B为带宽。
此外，对于相干光探测组件3，如图5所示，本申请实施例通过调整相干光探测组件3中二分之一波片17和第三四分之一波片13的位置，同样可以实现如上述图2中相干光探测组件3的功能。
另外，参照图6、上述第一计算公式和第二计算公式可知，其中，图6为参考光束与测量光束光程差与光电流信噪比关系(归一化)的分析结果示意图，当激光器线宽一定时，光电流信噪比会随参考光束与测量光束光程差的增加而减小。因此，本申请实施例还可以通过参考光延迟单元5，使参考光束与测量光束光程差保持低值，从而可在选用低相干激光器的条件下，仍保持较高的光电流信噪比。
举例而言，如图2所示，本申请实施例通过调整反射元件11与测振系统的距离L，可以减小参考光束与测量光束的光程差δ＝2|L-d|，从而可在低相干激光器大线宽情况下，测振系统仍保持较高的光电流信噪比。
进一步地，参照如图7可知，图7为参考光束与测量光束不同光程差下，测量信号频谱图，参考光束与测量光束的光程差越小，测量信号的信噪比越高。
信号处理组件4用于对第一路等幅正交电信号和第二路等幅正交电信号进行解调，得到待测物体的振动信息。
可选地，解调公式为：
具体而言，本申请实施例可以通过相位解调算法还原待测物体12的振动特性，例如振动幅度、速度、加速度等。
进一步地，如图8所示，上述的零差激光测振100，还包括：指示光组件23。其中，指示光组件23包括指示光分束器24与测量光束共光轴，用于在测量激光为不可见光波段时，通过调整指示光分束器与测量光束共光轴指示测量点位。
根据本申请实施例提出的低成本测振系统，可以针对待测物体，生成测量激光，并基于测量激光生成参考光束与测量光束，并根据参考光束与测量光束得到干涉光束，从而根据干涉光束转换得到第一路等幅正交电信号和第二路等幅正交电信号，并对第一路等幅正交电信号和第二路等幅正交电信号进行解调，得到待测物体的振动信息。由此，通过参考光延迟单元，减小参考光束与测量光束之间的光程差，从而降低测振系统对于激光器相干性的要求，解决了相关技术中因选用窄线宽，高相干性激光器，不仅价格昂贵，且大大增加了整个系统的成本，限制了应用场景的问题，不仅降低了成本，且应用领域更为广泛。
其次参照附图描述根据本申请实施例提出的低成本测振系统的振动测量方法。
图9是本申请实施例的低成本测振系统的振动测量方法的流程图。
如图9所示，该低成本测振系统的振动测量方法利用上述的低成本测振系统，包括以下步骤：
S601，针对待测物体，生成测量激光。
S602，将测量激光分光为初始参考光束和初始测量光束，并根据初始参考光束在光学干涉组件内的反射得到参考光束，并将初始测量光束发射至待测物体表面，根据待测物体表面的散射光束得到测量光束，并根据参考光束和测量光束得到干涉光束。
S603，根据干涉光束转换得到第一路等幅正交电信号和第二路等幅正交电信号。
S604，对第一路等幅正交电信号和第二路等幅正交电信号进行解调，得到待测物体的振动信息。
需要说明的是，前述对低成本测振系统实施例的解释说明也适用于该实施例的低成本测振系统的振动测量方法，此处不再赘述。
根据本申请实施例提出的低成本测振系统的振动测量方法，可以针对待测物体，生成测量激光，并基于测量激光生成参考光束与测量光束，并根据参考光束与测量光束得到干涉光束，从而根据干涉光束转换得到第一路等幅正交电信号和第二路等幅正交电信号，并对第一路等幅正交电信号和第二路等幅正交电信号进行解调，得到待测物体的振动信息。由此，通过参考光延迟单元，减小参考光束与测量光束之间的光程差，从而降低测振系统对于激光器相干性的要求，解决了相关技术中因选用窄线宽，高相干性激光器，不仅价格昂贵，且大大增加了整个系统的成本，限制了应用场景的问题，不仅降低了成本，且应用领域更为广泛。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种低成本测振系统，其特征在于，包括：
低相干激光器，用于针对待测物体，生成测量激光；
光学干涉组件，用于将所述测量激光分光为初始参考光束和初始测量光束，并根据所述初始参考光束在所述光学干涉组件内的反射得到参考光束，并将所述初始测量光束发射至所述待测物体表面，根据所述待测物体表面的散射光束得到测量光束，并根据所述参考光束和所述测量光束得到干涉光束；
相干光探测组件，用于根据所述干涉光束转换得到第一路等幅正交电信号和第二路等幅正交电信号；以及
信号处理组件，用于对所述第一路等幅正交电信号和所述第二路等幅正交电信号进行解调，得到所述待测物体的振动信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光学干涉组件，包括：
光隔离器，用于单向传输所述测量激光；
第一偏振分光镜，用于在所述测量激光通过所述光隔离器后进行分光，得到所述初始参考光束和所述初始测量光束；
参考光延迟单元，所述参考光延迟单元包括：
第一四分之一波片，用于对所述初始参考光束透射；
第一反射镜，用于对所述初始参考光束透射后，对所述初始参考光束进行反射；
反射元件，用于将所述初始参考光束反射至所述反射镜，以再次通过反射镜将所述初始参考光束反射至所述第一四分之一波片，并经所述第一四分之一波片透射至所述第一偏振分光镜，以经所述第一偏振分光镜透射后得到所述参考光束；
第二四分之一波片，用于对所述初始测量光束进行透射；
聚焦系统，用于将透射后的初始测量光束投射至所述待测物体，并在接收到所述待测物体散射的初始测量光束后，将所述散射的初始测量光束经所述第二四分之一波片透射至所述第一偏振分光镜，以经所述第一偏振分光镜反射后得到所述测量光束；
调整单元，用于调整所述反射元件与所述第一反射镜的距离，使得所述参考光束与所述测量光束之间的光程差小于所述低相干激光器的相干长度，以得到所述干涉光束。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述参考光延迟单元，还包括：
光纤耦合器，用于对所述初始参考光束进行耦合；
光纤延迟线，用于传输耦合之后的初始参考光束；
法拉第旋转镜，用于反射所述光纤延迟线传输的初始参考光束，以经所述光纤耦合器透射至所述第一偏振分光镜，以得到所述参考光束。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述相干光探测组件，包括：
第三四分之一波片，用于对所述干涉光束透射；
消偏振分光镜，用于在所述干涉光束通过所述第三四分之一波片透射后进行分光，得到第一反射光和第一透射光；
第二偏振分光镜，用于对所述第一反射光进行分光，得到第二反射光和第二透射光；
第二反射镜，用于对所述第二透射光进行反射，得到第三反射光；
第一平衡探测器，用于接收所述第二反射光和所述第三反射光，并转化为所述第一路等幅正交电信号；
二分之一波片，用于对所述第一透射光透射；
第三偏振分光镜，用于对经过所述二分之一波片的所述第一透射光进行分光，得到第三透射光和第四反射光；
第三反射镜，用于对所述第四反射光进行反射，得到第五反射光；
第二平衡探测器，用于接收所述第五反射光和所述第三透射光，并转化为所述第二路等幅正交电信号。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中，
所述第一四分之一波片快轴方向与所述第一偏振分光镜快轴呈第一预设角度；
所述第三四分之一波片快轴方向与所述第一偏振分光镜快轴呈第二预设角度；
所述二分之一波片快轴方向与所述第一偏振分光镜快轴呈第三预设角度；
所述第二偏振分光镜快轴方向与所述第一偏振分光镜快轴呈第四预设角度；
所述第三偏振分光镜快轴方向与所述第一偏振分光镜快轴呈第五预设角度。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中，
所述反射元件为角锥棱镜或者反射镜；
所述消偏振分光镜均匀分光。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，通过第一计算公式得到所述第一路等幅正交电信号：
通过第二计算公式得到所述第二路等幅正交电信号：
其中，α为所述测量光束与所述参考光束的振幅比，β1与β2为平衡探测器性能，E0为光场幅度，ω0为平均光频率，τd为测量距离d引起的延迟时间，τl为所述参考光延迟单元引起的延迟时间，ωs为所述待测物体振动引起的多普勒频率，φ(t-τl)为光场随机相位，t为时间，i为虚数单位，l为初始参考光束单程光程长度，d为测量距离，c为光速，Δω为所述低相干激光器的线宽，n1和n2均为探测器噪声。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，解调公式为：
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
指示光组件，所述指示光组件包括指示光分束器与测量光束共光轴，用于在所述测量激光为不可见光波段时，通过调整所述指示光分束器与所述测量光束共光轴指示测量点位。
10.一种低成本测振系统的振动测量方法，其特征在于，利用上述1-9任一项所述的低成本测振系统，其中，方法包括以下步骤：
针对待测物体，生成测量激光；
将所述测量激光分光为初始参考光束和初始测量光束，并根据所述初始参考光束在所述光学干涉组件内的反射得到参考光束，并将所述初始测量光束发射至所述待测物体表面，根据所述待测物体表面的散射光束得到测量光束，并根据所述参考光束和所述测量光束得到干涉光束；
根据所述干涉光束转换得到第一路等幅正交电信号和第二路等幅正交电信号；以及
对所述第一路等幅正交电信号和所述第二路等幅正交电信号进行解调，得到所述待测物体的振动信息。
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