CN204758116U - 激光相位载波多普勒振动信号的检测系统 - Google Patents
激光相位载波多普勒振动信号的检测系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN204758116U CN204758116U CN201520482215.1U CN201520482215U CN204758116U CN 204758116 U CN204758116 U CN 204758116U CN 201520482215 U CN201520482215 U CN 201520482215U CN 204758116 U CN204758116 U CN 204758116U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- multiplier
- exports
- csin
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn - After Issue
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种激光相位载波多普勒振动信号的检测系统，包括信号发生单元、光路单元和解调单元，解调单元的输入端连接来自所述信号发生单元的两路正交信号sin（Csin（ωt））及cos（Csin（ωt））和来自光路单元的干涉信号对待测目标的振动信号进行解调。本实用新型能够以较低的成本大幅改善传统零差检测法的抗环境扰动性，同时与传统的基于声光移频激光多普勒振动检测方法精度更高，且系统光学结构简单，具有良好的环境适应性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种激光相位载波多普勒振动信号的检测系统，尤其涉及一种基于正交解调的激光相位载波多普勒振动信号的检测系统。
背景技术
振动检测技术目前应用越来越广泛，而且要求越来越高，要求能够对待测目标微小的振动幅度进行检测，从而获取更多信息或及时发现所存在的隐患，即对于振动侦听技术而言，希望能检测到的物体振动幅度越小越好，而据PeterB等发表的RandomspeckleModulationTechniqueforLaserInterferometry中报道：外差干涉检测的精度表达如下公式所示：
)(4hvB/Pη)1/2K-1
其中λ为波长，h为普朗克常数，B为带宽，P为接收功率，η为光电转换效率,v为激光波长，K为常数。
由此可知，当B越小时，可探测到的物体振动值越小，而采用传统的声光移频方法作为外差移频，其B值一般大于40MHz，因此相对B值较小的移相器件其探测精度更高。
实用新型内容
本实用新型的目的是为解决目前采用声光移方法作为外差移频时带宽B值太大，导致振动检测灵敏度低的技术问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种激光相位载波多普勒振动信号的检测系统，包括信号发生单元、光路单元和解调单元；
所述信号发生单元包括信号发生器，信号发生器的输出信号分为两路，第一路经信号处理器后输出两路正交信号sin（Csin（ωt））和cos（Csin（ωt）），第二路经DA转换器后输出相移驱动信号sin（ωt）；
所述光路单元包括激光器和电光调制器，激光器输出的光经分束器分为信号光和参考光，参考光输入电光调制器的信号输入端，信号光输入第一分光棱镜，所述信号发生单元输出的相移驱动信号sin（ωt）输入电光调制器的电信号驱动端，电光调制器在相移驱动信号sin（ωt）的作用下输出的相移参考光输入到第二分光棱镜；通过第一分光棱镜的信号光在待测目标表面反射后形成的返回信号光再次进入第一分光棱镜，返回信号光再反射到第二分光棱镜，返回信号光与相移参考光在第二分光棱镜中混合并干涉形成干涉光，干涉光输入光电探测器后经处理器输出干涉信号；
所述解调单元包括四个乘法器、两个低通滤波器、两个微分器、一个减法器和一个积分器，解调单元的输入端连接来自所述信号发生单元的两路正交信号sin（Csin（ωt））及cos（Csin（ωt））和来自光路单元的干涉信号，干涉信号经AD转换器后分为两路，其中一路与cos（Csin（ωt））一并送入第一乘法器相乘，另一路与sin（Csin（ωt））一并送入第二乘法器相乘；第一乘法器输出的乘积经一低通滤波器后分为两路，其中一路经一微分器后送入第三乘法器，另一路直接送入第四乘法器，第二乘法器输出的乘积经另一低通滤波器后分为两路，其中一路经另一微分器后送入第四乘法器，另一路直接送入第三乘法器；第三乘法器输出的乘积和第四乘法器输出的乘积送入减法器，减法器输出的差送入积分器；ω为所述电光调制器调制载波引起的移相频率；
所述第一分光棱镜正对所述待测目标的一侧，待测目标的另一侧设有振动信号源，为待测目标提供振动信号。
进一步地，所述激光器为窄线宽半导体激光器，工作波长为1550nm，频率稳定度为10-7，功率稳定度为1%。
进一步地，所述电光调制器的调制频率范围为10KHz。
进一步地，所述光电探测器为内置前级放大的PIN型探测器。
进一步地，所述解调单元为在FPGA中通过数字逻辑实现的硬件模块。
本实用新型可以采用电光调制器EOM（ElectroOpticModulator)）调制来实现光学移相，利用正交锁相+DCM（DifferentiateCrossMultiply，微波交叉相乘）解调法实现振动信号的解调。采用电光移相的方法，带宽B值可以小到几KHz，作为载波，带宽B值非常小，可大大提高振动检测的灵敏度。本实用新型提供的基于电光调制方法调制的激光多普勒正交解调侦听方法，能够以较低的成本大幅改善传统零差检测法的抗环境扰动性，同时与传统的基于声光移频激光多普勒振动检测方法精度更高，且系统光学结构简单，具有良好的环境适应性。
附图说明
图1为信号发生单元原理框图；
图2为光路单元原理框图；
图3为解调单元原理框图；
图4为解调算法计算流程图；
图5为解调出的振动信号波形图。
图中：1激光器；2分束器；3电光调制器；4待测目标；5振动信号源；6第一分光棱镜；7第二分光棱镜；8光电探测器；9信号发生器；10信号处理器；11DA转换器、12AD转换器；Ⅰ第一乘法器；Ⅱ第二乘法器；Ⅲ第三乘法器；Ⅳ第四乘法器。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成，且其不应理解为对本实用新型的限制。
如图1-3所示，本实用新型的激光相位载波多普勒振动信号的检测系统包括图1所示的信号发生单元、图2所示的光路单元和图3所示的解调单元；
信号发生单元包括信号发生器9，信号发生器9的输出信号分为两路，第一路经信号处理器10后输出两路正交信号sin（Csin（ωt））和cos（Csin（ωt）），第二路经DA转换器后输出相移驱动信号sin（ωt）；
光路单元包括激光器1和电光调制器3，激光器1为窄线宽半导体激光器，工作波长为1550nm，频率稳定度为10-7，功率稳定度为1%，电光调制器3的调制频率范围为10KHz，激光器1输出的光经分束器2分为信号光和参考光，参考光输入电光调制器3的信号输入端，信号光输入第一分光棱镜6，信号发生单元输出的相移驱动信号sin（ωt）输入电光调制器3的电信号驱动端，电光调制器3在相移驱动信号sin（ωt）的作用下输出的相移参考光输入到第二分光棱镜7；通过第一分光棱镜6的信号光在待测目标4表面反射后形成的返回信号光再次进入第一分光棱镜6，返回信号光再反射到第二分光棱镜7，返回信号光与相移参考光在第二分光棱镜7中混合并干涉形成干涉光，干涉光输入光电探测器8后经处理器输出干涉信号，光电探测器8为内置前级放大的PIN型探测器；
解调单元为在FPGA中通过数字逻辑实现的硬件模块，包括四个乘法器、两个低通滤波器、两个微分器、一个减法器和一个积分器，解调单元的输入端连接来自信号发生单元的两路正交信号sin（Csin（ωt））及cos（Csin（ωt））和来自光路单元的干涉信号，干涉信号经AD转换器后分为两路，其中一路与cos（Csin（ωt））一并送入第一乘法器Ⅰ相乘，另一路与sin（Csin（ωt））一并送入第二乘法器Ⅱ相乘；第一乘法器Ⅰ输出的乘积经一低通滤波器LP后分为两路，其中一路经一微分器d/dt后送入第三乘法器Ⅲ，另一路直接送入第四乘法器Ⅳ，第二乘法器Ⅱ输出的乘积经另一低通滤波器LP后分为两路，其中一路经另一微分器d/dt后送入第四乘法器Ⅳ，另一路直接送入第三乘法器Ⅲ；第三乘法器Ⅲ输出的乘积和第四乘法器Ⅳ输出的乘积送入减法器，减法器输出的差送入积分器；ω为电光调制器调制3的载波引起的移相频率；
第一分光棱镜6正对所述待测目标4的一侧，待测目标4的另一侧设有作为振动信号源5的扬声器，为待测目标4提供振动信号。
如图4所示，正交锁相+DCM解调方法包括如下步骤：
(1)选择两路正交信号sin（Csin（ωt））及cos（Csin（ωt））和一路模拟干涉信号，模拟干涉信号经AD转换器后分为两路数字干涉信号，作为解调输入参数；其中，为干涉场直流强度，为干涉光强度调制值，C为正弦系数，ω为干涉仪中电光调制器3调制载波引起的移相频率，为振动信号源5即扬声器引起待测目标4的振动量，为环境扰动引起的振动量，；
(2)其中一路数字干涉信号与cos（Csin（ωt））一并送入第一乘法器相乘，另一路数字干涉信号与sin（Csin（ωt））一并送入第二乘法器相乘；
(3)第一乘法器输出的乘积经低通滤波器后的信号为，分为两路，其中一路经微分后送入第三乘法器，另一路直接送入第四乘法器；第二乘法器输出的乘积经低通滤波器后的信号为，分为两路，其中一路经微分后送入第四乘法器，另一路直接送入第三乘法器；
(4)第三乘法器输出的乘积和第四乘法器输出的乘积相减得到差值；
(5)对上述差值进行积分得到积分值，解调出待测目标4的振动信号为，包含扬声器引起的振动量和环境扰动引起的振动量。
在扬声器5距离门5米远处产生一个60db的400Hz信号，由于该声压对门的振动信号为pm量级，采用声光移频外差进行探测时，由于带宽B太宽，检测精度不够而检测不出信号，采用本实用新型方案进行探测处理，可以得到信噪比较好的400Hz信号，解调出的语音振动信号波形如图5所示。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.激光相位载波多普勒振动信号的检测系统，其特征在于，包括信号发生单元、光路单元和解调单元；
所述信号发生单元包括信号发生器，信号发生器的输出信号分为两路，第一路经信号处理器后输出两路正交信号sin（Csin（ωt））和cos（Csin（ωt）），第二路经DA转换器后输出相移驱动信号sin（ωt）；
所述光路单元包括激光器和电光调制器，激光器输出的光经分束器分为信号光和参考光，参考光输入电光调制器的信号输入端，信号光输入第一分光棱镜，所述信号发生单元输出的相移驱动信号sin（ωt）输入电光调制器的电信号驱动端，电光调制器在相移驱动信号sin（ωt）的作用下输出的相移参考光输入到第二分光棱镜；通过第一分光棱镜的信号光在待测目标表面反射后形成的返回信号光再次进入第一分光棱镜，返回信号光再反射到第二分光棱镜，返回信号光与相移参考光在第二分光棱镜中混合并干涉形成干涉光，干涉光输入光电探测器后经处理器输出干涉信号；
所述解调单元包括四个乘法器、两个低通滤波器、两个微分器、一个减法器和一个积分器，解调单元的输入端连接来自所述信号发生单元的两路正交信号sin（Csin（ωt））及cos（Csin（ωt））和来自光路单元的干涉信号，干涉信号经AD转换器后分为两路，其中一路与cos（Csin（ωt））一并送入第一乘法器相乘，另一路与sin（Csin（ωt））一并送入第二乘法器相乘；第一乘法器输出的乘积经一低通滤波器后分为两路，其中一路经一微分器后送入第三乘法器，另一路直接送入第四乘法器，第二乘法器输出的乘积经另一低通滤波器后分为两路，其中一路经另一微分器后送入第四乘法器，另一路直接送入第三乘法器；第三乘法器输出的乘积和第四乘法器输出的乘积送入减法器，减法器输出的差送入积分器；ω为所述电光调制器调制载波引起的移相频率；
所述第一分光棱镜正对所述待测目标的一侧，待测目标的另一侧设有振动信号源，为待测目标提供振动信号。
2.根据权利要求1所述的激光相位载波多普勒振动信号的检测系统，其特征在于，所述激光器为窄线宽半导体激光器，工作波长为1550nm，频率稳定度为10-7，功率稳定度为1%。
3.根据权利要求1所述的激光相位载波多普勒振动信号的检测系统，其特征在于，所述电光调制器的调制频率范围为10KHz。
4.根据权利要求1所述的激光相位载波多普勒振动信号的检测系统，其特征在于，所述光电探测器为内置前级放大的PIN型探测器。
5.根据权利要求1所述的激光相位载波多普勒振动信号的检测系统，其特征在于，所述解调单元为在FPGA中通过数字逻辑实现的硬件模块。
6.根据权利要求1所述的激光相位载波多普勒振动信号的检测系统，其特征在于，所述振动信号源为扬声器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201520482215.1U CN204758116U (zh) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | 激光相位载波多普勒振动信号的检测系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201520482215.1U CN204758116U (zh) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | 激光相位载波多普勒振动信号的检测系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN204758116U true CN204758116U (zh) | 2015-11-11 |
Family
ID=54472815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201520482215.1U Withdrawn - After Issue CN204758116U (zh) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | 激光相位载波多普勒振动信号的检测系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN204758116U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104964735A (zh) * | 2015-07-06 | 2015-10-07 | 江苏安智光电科技有限公司 | 一种激光相位载波多普勒振动信号的检测系统及解调方法 |
| CN110132898A (zh) * | 2019-06-10 | 2019-08-16 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 应用干涉法支撑梁的材料弹性模量测量系统 |
| CN111060190A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-24 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种广义正交解调自混合振动测量方法及装置 |
-
2015
- 2015-07-06 CN CN201520482215.1U patent/CN204758116U/zh not_active Withdrawn - After Issue
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104964735A (zh) * | 2015-07-06 | 2015-10-07 | 江苏安智光电科技有限公司 | 一种激光相位载波多普勒振动信号的检测系统及解调方法 |
| CN104964735B (zh) * | 2015-07-06 | 2017-11-28 | 江苏安智光电科技有限公司 | 一种激光相位载波多普勒振动信号的检测系统及解调方法 |
| CN110132898A (zh) * | 2019-06-10 | 2019-08-16 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 应用干涉法支撑梁的材料弹性模量测量系统 |
| CN110132898B (zh) * | 2019-06-10 | 2021-12-28 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 应用干涉法支撑梁的材料弹性模量测量系统 |
| CN111060190A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-24 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种广义正交解调自混合振动测量方法及装置 |
| CN111060190B (zh) * | 2019-12-27 | 2021-11-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种广义正交解调自混合振动测量方法及装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104964735B (zh) | 一种激光相位载波多普勒振动信号的检测系统及解调方法 | |
| US9689772B2 (en) | Optical pulse compression reflectometer | |
| AU2020102296A4 (en) | A distributed optical fiber sensing system based on heterodyne detection technology | |
| CN102353393B (zh) | 基于π/2相位调制的干涉型光传感器的正交解调装置 | |
| CN207280479U (zh) | 一种φ-OTDR正交相位解调系统 | |
| CN102680981B (zh) | 基于微波光子信号正交锁定的测距方法与装置 | |
| CN108759884B (zh) | 消除偏振衰落影响的分布式弱光栅阵列传感系统和方法 | |
| CN109459070A (zh) | 一种pgc相位解调法中相位延迟提取与补偿方法 | |
| CN207036249U (zh) | 一种高灵敏度的分布式光纤振动传感系统 | |
| CN107389106A (zh) | 一种φ‑OTDR正交相位解调系统及相位解调方法 | |
| CN104330104A (zh) | 一种干涉型传感器臂长差的测量装置 | |
| CN105136175A (zh) | 一种基于自混频技术的相位敏感光时域反射系统 | |
| CN204758116U (zh) | 激光相位载波多普勒振动信号的检测系统 | |
| CN107014289B (zh) | 用于正弦相位调制干涉测量的调制度和初相位测量方法 | |
| CN104483009B (zh) | 一种低频随机扰动下中高频振动的纳米级振幅测量方法 | |
| CN106643477A (zh) | 偏振复用相位调制型激光自混合二维干涉仪及其测量方法 | |
| CN110412606A (zh) | 基于外差激光干涉仪同时测量距离和位移的装置及其方法 | |
| CN101799610B (zh) | 外差式相位干涉型光纤传感器的正交解调装置 | |
| Elghandour et al. | Modeling and comparative study of various detection techniques for FMCW LIDAR using optisystem | |
| Yang et al. | A PGC demodulation based on differential-cross-multiplying (DCM) and arctangent (ATAN) algorithm with low harmonic distortion and high stability | |
| CN113391136A (zh) | 一种基于固定低频检测的微波光子频率测量装置及方法 | |
| CN114754689A (zh) | 一种基于双电光外差调制的相位式距离测量装置及方法 | |
| CN108007307B (zh) | 一种光纤的测量方法以及测量装置 | |
| Yan et al. | An improved arctangent algorithm based on phase-locked loop for heterodyne detection system | |
| CN113175867B (zh) | 一种正弦相位调制激光干涉仪及载波生成、信号解调方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20151111 Effective date of abandoning: 20171128 |