CN115574918A - 一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准溯源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准溯源装置，属于光电测量技术领域。本发明借助被溯源的“一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准装置”原有结构特征，使用其中的中间环节激光作为解调对象，获得光频调制器的激光频率调控信号波形，提取出调制波形信息，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，实现正弦波形调制信号经过数据采集系统的向上级参量的量值溯源。本发明使用数字化解调原理与方法，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。

Description

一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准溯源装置

技术领域

本发明涉及一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准溯源装置，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，依然存在的逻辑上的问题是，标准激光测振仪自己的计量校准问题仍然无法获得解决。

“一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准装置”，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。可以用正弦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，从而实现以正弦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，被用作实质激励的正弦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，然而，它并不能用现有的计量器具以直接测量方式进行简单操作而实现计量校准和溯源，从而引出“一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准装置”的溯源问题。

发明内容

本发明主要目的是提供一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准溯源装置，在“一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准装置”技术基础上，通过光频调制装置中已调激光信号波形的精确解调，获得其正弦波形的解调结果，并将其通过数据采集系统的指标参量实现“一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准装置”的溯源。本发明具有结构紧凑小巧、易系统集成、收敛性好、稳定性好、准确度高的优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明的一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准溯源装置，包括激光测振仪、第一λ/2波片、第二λ/2波片、第三λ/2波片、第四λ/2波片、第五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、第一凹面反射镜、第二凹面反射镜、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、第一正弦信号源、第二正弦信号源、光电探测器、滤波放大器、数据采集系统和电子计算机。

由激光测振仪产生的激光，先后穿过第一偏振分光镜、第二偏振分光镜、第一λ/2波片，到达第一声光调制器，第一正弦信号源产生所需的正弦波形调制信号，控制第一声光调制器，对第一λ/2波片方向来的激光信号进行移频、并产生-1级衍射光，然后被第一凹面反射镜反射聚焦，回到第一声光调制器继续移频，再穿过第一λ/2波片、经过第二偏振分光镜反射，穿过第四λ/2波片，经过第三偏振分光镜后分为两路。

一路为反射光，经过第三偏振分光镜反射后穿过第三λ/2波片，到达第二声光调制器，第二正弦信号源产生所需的正弦波形调制信号，对FM信号源进行频率调制，产生已调FM信号，通过控制第二声光调制器，对第三λ/2波片传来的激光进行移频、调制，产生+1级衍射激光，该激光被第二凹面反射镜反射聚焦，返回第二声光调制器再次移频、调制，先后穿过第三λ/2波片、第三偏振分光镜，被平面反射镜反射，穿过第二λ/2波片，到达第一偏振分光镜分为两束光：

一束为反射光，经第一偏振分光镜反射后回到被校激光测振仪进行测量处理，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。

另一束为透射光，穿过第一偏振分光镜后，经第四平面反射镜反射，穿过第四偏振分光镜，与第五λ/2波片方向来的激光合束、拍频。

另外一路为透射光，穿过第三偏振分光镜反射后，先后经过第二平面反射镜、第三平面反射镜的反射，穿过第五λ/2波片，到达第四偏振分光镜，经第四偏振分光镜反射后，与第四平面反射镜方向过来的激光合束、拍频，到达光电探测器，被光电探测器接收转换成射频FM电信号，该电信号经滤波放大器放大，到达数据采集系统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，获得第二正弦信号源输出的用于调制的正弦波形的解调结果。由此，实现正弦波形调制信号经过数据采集系统的向上级参量的量值溯源，即实现对凹面反射聚焦型激光测振仪校准装置的溯源。

有益效果：

1、本发明公开的一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准溯源装置，充分借助于被溯源的“一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准装置”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，输出以光频调制方式复现的标准振动量值，从而完成“一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准装置”的溯源，显著简化系统的体积、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、关于调频信号波形的解调，本发明公开的一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准溯源装置使用数字化解调原理与方法，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、本发明公开的一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准装置，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、本发明公开的一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准装置，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里人们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为本发明公开的一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准装置的结构示意图。

其中：1—激光测振仪、2—第一偏振分光镜、3—第二偏振分光镜、4—第一λ/2波片、5—第一声光调制器、6—第一凹面反射镜、7—第一正弦信号源、8—第二λ/2波片、9—第一平面反射镜、10—第三偏振分光镜、11—第三λ/2波片、12—第二声光调制器、13—第二凹面反射镜、14—FM信号源、15—第二正弦信号源、16—第四λ/2波片、17—第二平面反射镜、18—第三平面反射镜、19—第五λ/2波片、20—第四平面反射镜、21—第四偏振分光镜、22—光电探测器、23—滤波放大器、24—数据采集系统、25—电子计算机。

具体实施方式

为了更好的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：

如图1所示，本实施例公开的一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准溯源装置，包括激光测振仪1、第一λ/2波片4、第二λ/2波片8、第三λ/2波片11、第四λ/2波片16、第五λ/2波片19、第一偏振分光镜2、第二偏振分光镜3、第三偏振分光镜10、第四偏振分光镜21、第一凹面反射镜6、第二凹面反射镜13、第一平面反射镜9、第二平面反射镜17、第三平面反射镜18、第四平面反射镜20、第一声光调制器5、第二声光调制器12、FM信号源14、第一正弦信号源7、第二正弦信号源15、光电探测器22、滤波放大器23、数据采集系统24、电子计算机25等。

本实施例公开的一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准溯源装置的工作方法为：

由激光测振仪1产生的激光，先后穿过第一偏振分光镜2、第二偏振分光镜3、第一λ/2波片4，到达第一声光调制器5，第一正弦信号源7产生所需的正弦波形调制信号，控制第一声光调制器5，对第一λ/2波片4方向来的激光信号进行移频、并产生-1级衍射光，然后被第一凹面反射镜6反射聚焦，回到第一声光调制器5继续移频，再穿过第一λ/2波片4、经过第二偏振分光镜3反射，穿过第四λ/2波片16，经过第三偏振分光镜10后分为两路。

一路为反射光，经过第三偏振分光镜10反射后穿过第三λ/2波片11，到达第二声光调制器12，第二正弦信号源15产生所需的正弦波形调制信号，对FM信号源14进行频率调制，产生已调FM信号，通过控制第二声光调制器12，对第三λ/2波片11传来的激光进行移频、调制，产生+1级衍射激光，该激光被第二凹面反射镜13反射聚焦，返回第二声光调制器12再次移频、调制，先后穿过第三λ/2波片11、第三偏振分光镜10，被平面反射镜9反射，穿过第二λ/2波片8，到达第一偏振分光镜2分为两束光。

一束为反射光，经第一偏振分光镜2反射后回到被校激光测振仪1进行测量处理，完成以第二正弦信号源15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。

另一束为透射光，穿过第一偏振分光镜2后，经第四平面反射镜20反射，穿过第四偏振分光镜21，与第五λ/2波片19方向来的激光合束、拍频。

另外一路为透射光，穿过第三偏振分光镜10反射后，先后经过第二平面反射镜17、第三平面反射镜18的反射，穿过第五λ/2波片19，到达第四偏振分光镜21，经第四偏振分光镜21反射后，与第四平面反射镜20方向过来的激光合束、拍频，到达光电探测器22，被光电探测器22接收转换成射频FM电信号，该电信号经滤波放大器23放大，到达数据采集系统24采集存储获得信号波形，传输给电子计算机25，进行波形解调处理，获得第二正弦信号源15输出的用于调制的正弦波形的解调结果。由此，实现正弦波形调制信号经过数据采集系统的向上级参量的量值溯源，即实现对凹面反射聚焦型激光测振仪校准装置的溯源。

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 (2)

1.一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准溯源装置，其特征在于：包括激光测振仪(1)、第一λ/2波片(4)、第二λ/2波片(8)、第三λ/2波片(11)、第四λ/2波片(16)、第五λ/2波片(19)、第一偏振分光镜(2)、第二偏振分光镜(3)、第三偏振分光镜(10)、第四偏振分光镜(21)、第一凹面反射镜(6)、第二凹面反射镜(13)、第一平面反射镜(9)、第二平面反射镜(17)、第三平面反射镜(18)、第四平面反射镜(20)、第一声光调制器(5)、第二声光调制器(12)、FM信号源(14)、第一正弦信号源(7)、第二正弦信号源(15)、光电探测器(22)、滤波放大器(23)、数据采集系统(24)和电子计算机(25)；

由激光测振仪(1)产生的激光，先后穿过第一偏振分光镜(2)、第二偏振分光镜(3)、第一λ/2波片(4)，到达第一声光调制器(5)，第一正弦信号源(7)产生所需的正弦波形调制信号，控制第一声光调制器(5)，对第一λ/2波片(4)方向来的激光信号进行移频、并产生-1级衍射光，然后被第一凹面反射镜(6)反射聚焦，回到第一声光调制器(5)继续移频，再穿过第一λ/2波片(4)、经过第二偏振分光镜(3)反射，穿过第四λ/2波片(16)，经过第三偏振分光镜(10)后分为两路；

一路为反射光，经过第三偏振分光镜(10)反射后穿过第三λ/2波片(11)，到达第二声光调制器(12)，第二正弦信号源(15)产生所需的正弦波形调制信号，对FM信号源(14)进行频率调制，产生已调FM信号，通过控制第二声光调制器(12)，对第三λ/2波片(11)传来的激光进行移频、调制，产生+1级衍射激光，该激光被第二凹面反射镜(13)反射聚焦，返回第二声光调制器(12)再次移频、调制，先后穿过第三λ/2波片(11)、第三偏振分光镜(10)，被平面反射镜9反射，穿过第二λ/2波片(8)，到达第一偏振分光镜(2)分为两束光：

一束为反射光，经第一偏振分光镜(2)反射后回到被校激光测振仪(1)进行测量处理，完成以第二正弦信号源(15)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；

另一束为透射光，穿过第一偏振分光镜(2)后，经第四平面反射镜(20)反射，穿过第四偏振分光镜(21)，与第五λ/2波片(19)方向来的激光合束、拍频；

另外一路为透射光，穿过第三偏振分光镜(10)反射后，先后经过第二平面反射镜(17)、第三平面反射镜(18)的反射，穿过第五λ/2波片(19)，到达第四偏振分光镜(21)，经第四偏振分光镜(21)反射后，与第四平面反射镜(20)方向过来的激光合束、拍频，到达光电探测器(22)，被光电探测器(22)接收转换成射频FM电信号，该电信号经滤波放大器(23)放大，到达数据采集系统(24)采集存储获得信号波形，传输给电子计算机(25)，进行波形解调处理，获得第二正弦信号源(15)输出的用于调制的正弦波形的解调结果；由此，实现正弦波形调制信号经过数据采集系统的向上级参量的量值溯源，即实现对凹面反射聚焦型激光测振仪校准装置的溯源。

2.如权利要求1所述的一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准溯源装置，其特征在于：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，实现激光测振仪本身的动态测量和量值溯源。

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