CN115420366A - 一种宽频激光测振仪校准方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种宽频激光测振仪校准方法及装置，属于光电测量技术领域。本发明的装置包括激光测振仪、第一声光调制器、第二声光调制器、凹面反射镜、第一正弦信号源、FM信号源、第二正弦信号源。本发明使用两个声光调制器进行光频控制和处理，一个是对其加载正弦波调制得FM信号，用声光调制器的‑1级衍射级产生光频调制信号，另一个是用声光调制器的+1级衍射级进行移频，使得调制频率的中值处于激光测振仪输出频率点上。通过球形凹面镜反射、汇聚，沿原路径返回激光测振仪，从而获得完全模拟实际正弦波形运动时的光频特征信号，使得光频调制信号保持中值频率不变的特征返回激光测振仪进行测量处理，进而实现宽频激光测振仪校准和测评。
Description
技术领域
本发明涉及一种宽频激光测振仪校准方法及装置，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，也存在着技术逻辑上的问题，标准激光测振仪自己的计量校准问题仍然无法获得解决。
发明内容
针对激光测振仪计量校准与性能测评中存在的受限于振动台等机械运动的技术参数无法完全覆盖测振仪量程且稳定性不如测振仪的问题，以及标准激光测振仪计量溯源无法完全解决的问题，本发明的主要目的是提供一种宽频激光测振仪校准方法及装置，能够用光频调制方式产生模拟振动的正弦波形激励，用以解决激光测振仪特性测评的激励源问题，进而实现宽频激光测振仪校准和测评。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
本发明公开的一种宽频激光测振仪校准方法，对于激光测振仪发出的激光信号，使用两个声光调制器(AOM)进行光频控制和处理，一个是对其加载正弦波调制得FM信号，用声光调制器的-1级衍射级产生光频调制信号，另一个是用声光调制器的+1级衍射级进行移频，使得调制频率的中值处于激光测振仪输出频率点上。通过球形凹面镜反射、汇聚，沿原路径返回激光测振仪，从而获得完全模拟实际正弦波形运动时的光频特征信号，即产生模拟振动的正弦波形激励，使得光频调制信号保持中值频率不变的特征返回激光测振仪进行测量处理，进而实现宽频激光测振仪校准和测评。
本发明公开的一种宽频激光测振仪校准装置，包括激光测振仪、第一声光调制器、第二声光调制器、凹面反射镜、第一正弦信号源、FM信号源、第二正弦信号源。
由激光测振仪产生的激光，经过第一声光调制器，被由第一正弦信号源控制的第一声光调制器产生+1级衍射移频，然后到达第二声光调制器，第二正弦信号源产生正弦波信号，对FM信号源进行频率调制，产生已调FM信号控制第二声光调制器，对第一声光调制器传输来的光频进行移频、调制，产生-1级衍射激光，该激光到达凹面反射镜被反射聚焦后，回到第二声光调制器，再次被第二声光调制器移频、调制，然后，再经过第一声光调制器移频，回到激光测振仪。完成以第二正弦信号源产生的正弦波形对激光测振仪进行振动激励的模拟过程。
从激光测振仪测量获得的不同频率正弦波形测量结果与第二正弦信号源的比较中，能够获得激光测振仪的激励响应特性，进而实现宽频激光测振仪校准和性能测评。
作为优选，使用一个具有球面特征的凹面镜，实现由于光频调制和衍射相结合、经过第二声光调制器后具有波束不稳定特征的激光束的反射与汇聚合束。
作为优选，所用的具有球面特征的凹面镜，其球心位置与第二声光调制器产生的多束衍射激光束的汇聚点相重合。
作为优选，所用的第一声光调制器和第二声光调制器，其移频和调制不仅能够分别工作在±1级衍射级上，也能够工作在±2级衍射级、±3级衍射级等其它任意衍射级上。
有益效果：
1、本发明公开的一种宽频激光测振仪校准方法及装置，使用电信号控制光信号产生具有正弦波形运动特征的激光多普勒信号，以光频控制变化代替物理的机械运动产生多普勒频移方式，直接产生具有运动多普勒特征的光频调制信号，从而避免了机械运动产生高质量宽频正弦波形运动信号的难点。由此计量校准或评估激光测振仪的正弦波形运动的响应特性，与振动台等激励相比，本发明具有更宽的频率范围，更大的振幅范围。
2、本发明公开的一种宽频激光测振仪校准方法及装置，使用声光调制器进行频率移动，然后再使用声光调制器以正弦波形的调频信号控制方式，获得激光频率调制信号波形，经过凹面反射镜聚焦反射后，使经过衍射发散的激光信号得以稳定汇聚，沿原路径再经过调制、移频后返回，使得激光信号保持中值频率不变的特征返回激光测振仪进行测量处理，获得其对正弦波形运动时的响应特性。
3、在激光经过声光调制器，被任意波形进行光频调制时，由于衍射会导致激光束产生随频率变化而出现的色散，直接传输给后续光学器件时，会出现光路特性不稳定等问题。为避免该色散问题出现，本发明公开的一种宽频激光测振仪校准方法及装置，使用将声光调制器放到具有球面特征的凹面反射镜球心处，将其反射回来后，依然汇聚成原始质量的光束，增强系统的稳定性，并将调制频偏增大一倍。
4、本发明公开的一种宽频激光测振仪校准方法及装置，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为本发明的一种宽频激光测振仪校准装置的结构示意图。
1—激光测振仪、2—第一声光调制器、3—第二声光调制器、4—凹面反射镜、5—第一正弦信号源、6—FM信号源、7—第二正弦信号源。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例1：
本实施例公开的一种宽频激光测振仪校准方法，使用两个特性一致的声光调制器联合工作。首先使用第一声光调制器的正向(或负向)衍射级使得入射激光频率正向(或负向)移动一个恒定值。然后，再通过第二声光调制器的负向(或正向)衍射级以正弦波形调频信号控制方式，获得光频调制器的激光频率调制信号波形，然后经过凹面反射镜反射聚焦，再次经过第二声光调制器的调制和第一声光调制器的移频，使得光频调制信号保持中值频率不变的特征返回激光测振仪进行测量处理，获得其正弦波形响应特性波形，即产生模拟振动的正弦波形激励，使得光频调制信号保持中值频率不变的特征返回激光测振仪进行测量处理，进而实现宽频激光测振仪校准和测评。
如图1所示，本实施例公开一种宽频激光测振仪校准装置，由激光测振仪1、第一声光调制器2、第二声光调制器3、凹面反射镜4、第一正弦信号源5、FM信号源6、第二正弦信号源7组成。
由激光测振仪1产生的激光，经过第一声光调制器2，被由第一正弦信号源5控制的第一声光调制器2产生+1级衍射移频，然后到达第二声光调制器3，第二正弦信号源7产生正弦波信号，对FM信号源6进行频率调制，产生已调FM信号控制第二声光调制器3，对第一声光调制器2传输来的光频进行移频、调制，产生-1级衍射激光，该激光到达凹面反射镜4被反射聚焦后，回到第二声光调制器3，再次被第二声光调制器3移频、调制，然后，再经过第一声光调制器2移频，回到激光测振仪1。完成以第二正弦信号源7产生的正弦波形对激光测振仪1进行振动激励的模拟过程。
从激光测振仪1测量获得的不同频率正弦波形测量结果与第二正弦信号源7的比较中，可以获得激光测振仪1的激励响应特性，进而实现宽频激光测振仪校准和性能测评。
所用的第一声光调制器2和第二声光调制器3，其移频和调制不仅能够分别工作在±1级衍射级上，也能够工作在±2级衍射级、±3级衍射级等其它任意衍射级上。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种宽频激光测振仪校准方法，其特征在于：对于激光测振仪发出的激光信号，使用两个声光调制器AOM进行光频控制和处理，一个是对其加载正弦波调制得FM信号，用声光调制器的-1级衍射级产生光频调制信号，另一个是用声光调制器的+1级衍射级进行移频，使得调制频率的中值处于激光测振仪输出频率点上；通过球形凹面镜反射、汇聚，沿原路径返回激光测振仪，从而获得完全模拟实际正弦波形运动时的光频特征信号，即产生模拟振动的正弦波形激励，使得光频调制信号保持中值频率不变的特征返回激光测振仪进行测量处理，进而实现宽频激光测振仪校准和测评。
2.一种宽频激光测振仪校准方法及装置，其特征在于：包括激光测振仪(1)、第一声光调制器(2)、第二声光调制器(3)、凹面反射镜(4)、第一正弦信号源(5)、FM信号源(6)、第二正弦信号源(7)；
由激光测振仪(1)产生的激光，经过第一声光调制器(2)，被由第一正弦信号源(5)控制的第一声光调制器(2)产生+1级衍射移频，然后到达第二声光调制器(3)，第二正弦信号源(7)产生正弦波信号，对FM信号源(6)进行频率调制，产生已调FM信号控制第二声光调制器(3)，对第一声光调制器(2)传输来的光频进行移频、调制，产生-1级衍射激光，该激光到达凹面反射镜(4)被反射聚焦后，回到第二声光调制器(3)，再次被第二声光调制器(3)移频、调制，然后，再经过第一声光调制器(2)移频，回到激光测振仪(1)；完成以第二正弦信号源(7)产生的正弦波形对激光测振仪(1)进行振动激励的模拟过程；
从激光测振仪(1)测量获得的不同频率正弦波形测量结果与第二正弦信号源(7)的比较中，能够获得激光测振仪(1)的激励响应特性，进而实现宽频激光测振仪校准和性能测评。
3.如权利要求2所述的一种宽频激光测振仪校准方法及装置，其特征在于：使用一个具有球面特征的凹面镜4，实现由于光频调制和衍射相结合、经过第二声光调制器(3)后具有波束不稳定特征的激光束的反射与汇聚合束。
4.如权利要求2所述的一种宽频激光测振仪校准方法及装置，其特征在于：所用的具有球面特征的凹面镜4，其球心位置与第二声光调制器(3)产生的多束衍射激光束的汇聚点相重合。
5.如权利要求2所述的一种宽频激光测振仪校准方法及装置，其特征在于：所用的第一声光调制器(2)和第二声光调制器(3)，其移频和调制不仅能够分别工作在±1级衍射级上，也能够工作在其它任意衍射级上。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| US20210381883A1 (en) * | 2020-06-05 | 2021-12-09 | Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce | Calibration apparatus and calibrating a laser doppler vibrometer |
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2022
- 2022-08-26 CN CN202211034245.7A patent/CN115420366A/zh active Pending
Cited By (2)
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| US11906350B2 (en) * | 2020-06-05 | 2024-02-20 | Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce | Calibration apparatus and calibrating a laser doppler vibrometer |
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