脈沖激光外差多普勒振動(dòng)測(cè)量結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種采用脈沖激光的干涉檢測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種脈沖激光外差 多普勒振動(dòng)測(cè)量結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 多普勒激光振動(dòng)檢測(cè)是一種非接觸振動(dòng)測(cè)量手段，因其高分辨率，高精度等優(yōu)點(diǎn) 而被廣泛應(yīng)用，但隨著非接觸檢測(cè)距離需求越來(lái)越遠(yuǎn)，外差激光干涉儀的信號(hào)探測(cè)的信噪 比是影響其測(cè)量距離的關(guān)鍵因素。因此，提高激光干涉儀的檢測(cè)信噪比是提高其測(cè)量距離 的重要保障，而系統(tǒng)工作的信噪比與其載噪比有著直接的關(guān)系，在連續(xù)激光干涉檢測(cè)系統(tǒng) 中，系統(tǒng)的載噪比為：
[0003]
[0004] 其中P為接收到的功率，n是轉(zhuǎn)換效率，a是激光波長(zhǎng)，h為普朗克常數(shù)，c為光 速，為工作帶寬。
[0005] 對(duì)脈沖信號(hào)而言，載噪比為：
[0006]
[0007] 其中Bp為載波帶寬，tp為脈沖峰值寬度，T為周期。
[0008] 連續(xù)和脈沖信號(hào)的載噪比為：
[0009]
[0010] 由上式可以知，對(duì)脈沖的載噪比信號(hào)的脈寬進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以極大地提高系統(tǒng)的載 噪比，并且在帶寬一定的情況下，tp越小，則載噪比越高。而現(xiàn)有的激光干涉多普勒振動(dòng)測(cè) 量設(shè)備(如polytec和美國(guó)光動(dòng)力公司的產(chǎn)品）均采用連續(xù)載波方式。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011] 本實(shí)用新型的目的是為解決目前激光干涉多普勒振動(dòng)測(cè)量設(shè)備均采用連續(xù)載波 方式，信號(hào)探測(cè)的信噪比低，測(cè)量距離有限的技術(shù)問(wèn)題。
[0012] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種脈沖激光外差多普勒振動(dòng)測(cè)量結(jié) 構(gòu)，激光器輸出端連接分束器輸入端，分束器的一個(gè)輸出端連接第一A0M(Acousto-optical Modulator，聲光調(diào)制器)的光信號(hào)輸入端，分束器的另一輸出端連接第二A0M的光信號(hào)輸入 端，第一A0M的電信號(hào)輸入端連接第一驅(qū)動(dòng)器的輸出端，第二A0M的電信號(hào)輸入端連接第二 驅(qū)動(dòng)器的輸出端，第二A0M的輸出端連接合束器的一個(gè)輸入端；第一驅(qū)動(dòng)器的輸入端和第 二驅(qū)動(dòng)器的輸入端均連接觸發(fā)器的輸出端；第一AOM輸出的激光投射到測(cè)量目標(biāo)上，測(cè)量 目標(biāo)將激光反射到合束器的另一輸入端，合束器的輸出端連接探測(cè)器輸入端，探測(cè)器輸出 端連接處理器輸入端；
[0013] 測(cè)振時(shí)，所述第一驅(qū)動(dòng)器在所述觸發(fā)器的觸發(fā)下啟動(dòng)工作而驅(qū)動(dòng)所述第一A0M工 作，第一A0M進(jìn)行脈沖調(diào)制輸出的脈沖信號(hào)投射到所述測(cè)量目標(biāo)，當(dāng)測(cè)量目標(biāo)有振動(dòng)信號(hào) 時(shí)，投射到測(cè)量目標(biāo)上的光作為載波信號(hào)，通過(guò)多普勒相位載波的方式對(duì)脈沖激光進(jìn)行調(diào) 制，測(cè)量目標(biāo)將調(diào)制過(guò)的信號(hào)反射回所述合束器，同時(shí)所述第二驅(qū)動(dòng)器在觸發(fā)器的觸發(fā)下 啟動(dòng)工作而驅(qū)動(dòng)所述第二A0M工作，第二A0M進(jìn)行外差移頻調(diào)制，產(chǎn)生的外差移頻信號(hào)通過(guò) 第二A0M的輸出端進(jìn)入合束器，該外差移頻信號(hào)與測(cè)量目標(biāo)反射的已調(diào)脈沖信號(hào)在合束器 中干涉，干涉光信號(hào)傳給探測(cè)器，探測(cè)器將干涉光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，測(cè)得測(cè)量目標(biāo)的振動(dòng) 信號(hào)。
[0014] 進(jìn)一步地，所述激光器為窄線寬保偏及穩(wěn)頻激光器，線寬小于lKHz，波長(zhǎng)為 1550nm〇
[0015] 進(jìn)一步地，所述第一A0M充當(dāng)脈沖聲光調(diào)制器，調(diào)制頻率為360MHz。
[0016] 進(jìn)一步地，所述第二A0M充當(dāng)聲光移頻器，移頻為100MHz。
[0017] 進(jìn)一步地，所述分束器分光比為3db。
[0018] 進(jìn)一步地，所述測(cè)量目標(biāo)為玻璃或鋁板。
[0019] 進(jìn)一步地，所述探測(cè)器的頻率帶寬>lGHz。
[0020] 本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)第一A0M進(jìn)行高頻脈沖調(diào)制，得到360MHz的脈沖信號(hào)，占空比 為8 :1;通過(guò)第二A0M移頻得到外差信號(hào)，外差信號(hào)為100MHz，實(shí)現(xiàn)激光脈沖外差調(diào)制，從 而得到高載噪比的外差信號(hào)，可測(cè)量的距離更遠(yuǎn)。同時(shí)具有光學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和環(huán)境適應(yīng)性好 的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為本實(shí)用新型原理框圖；
[0022] 圖2為脈沖調(diào)制后輸出信號(hào)示意圖；
[0023] 圖3為探測(cè)器檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)示意圖。
[0024] 圖中：1.激光器；2.分束器；3.第一A0M;4.第二A0M;5.第一驅(qū)動(dòng)器；6.第二驅(qū) 動(dòng)器；7.觸發(fā)器；9.合束器；10.測(cè)量目標(biāo)；11.探測(cè)器；12.處理器。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 現(xiàn)在結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的 示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實(shí)用新型有關(guān)的構(gòu) 成，且其不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0026] 如圖1所示，激光器1輸出端連接分束器2輸入端，激光器1為窄線寬保偏及穩(wěn)頻 激光器，線寬小于lKHz，波長(zhǎng)為1550nm，頻率穩(wěn)定度為10 7,功率穩(wěn)定度為1% ;分束器2的分 光比為3db，分束器2的一個(gè)輸出端連接第一A0M3的光信號(hào)輸入端，分束器2的另一輸出端 連接第二A0M4的光信號(hào)輸入端，第一A0M3的電信號(hào)輸入端連接第一驅(qū)動(dòng)器5的輸出端，第 二A0M4的電信號(hào)輸入端連接第二驅(qū)動(dòng)器6的輸出端，第二A0M4的輸出端連接合束器9的 一個(gè)輸入端；第一驅(qū)動(dòng)器5的輸入端和第二驅(qū)動(dòng)器6的輸入端均連接觸發(fā)器7的輸出端；第 一A0M3輸出的激光投射到測(cè)量目標(biāo)10上，測(cè)量目標(biāo)10為玻璃或錯(cuò)板等反射介質(zhì)，測(cè)量目 標(biāo)10將激光反射到合束器9的另一輸入端，合束器9的輸出端連接探測(cè)器11輸入端，探測(cè) 器11輸出端連接處理器12輸入端；探測(cè)器11的頻率帶寬>lGHz
[0027] 測(cè)振時(shí)，第一驅(qū)動(dòng)器5在觸發(fā)器7的觸發(fā)下啟動(dòng)工作而驅(qū)動(dòng)第一A0M3工作，第一 A0M3充當(dāng)脈沖聲光調(diào)制器，調(diào)制頻率為360MHz，第一A0M3進(jìn)行脈沖調(diào)制輸出的如圖2所示 的占空比為8 :1的脈沖信號(hào)投射到測(cè)量目標(biāo)10,當(dāng)測(cè)量目標(biāo)10有振動(dòng)信號(hào)時(shí)，投射到測(cè)量 目標(biāo)10上的光作為載波信號(hào)，通過(guò)多普勒相位載波的方式對(duì)脈沖激光進(jìn)行調(diào)制，測(cè)量目標(biāo) 10將調(diào)制過(guò)的信號(hào)反射回合束器9,同時(shí)第二驅(qū)動(dòng)器6在觸發(fā)器7的觸發(fā)下啟動(dòng)工作而驅(qū) 動(dòng)第二A0M4工作，第二A0M4充當(dāng)聲光移頻器，移頻為100MHz，第二A0M4進(jìn)行外差移頻調(diào) 制，產(chǎn)生的外差移頻信號(hào)通過(guò)第二A0M4的輸出端進(jìn)入合束器9,該外差移頻信號(hào)與測(cè)量目 標(biāo)10反射的已調(diào)脈沖信號(hào)在合束器9中干涉，干涉光信號(hào)傳給探測(cè)器11，探測(cè)器11將干涉 光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，測(cè)得測(cè)量目標(biāo)10的振動(dòng)信號(hào)，如圖3所示。
[0028] 在遠(yuǎn)距離激光多普勒振動(dòng)測(cè)量過(guò)程中，系統(tǒng)的信噪比決定著系統(tǒng)的工作距離，而 作為外差干涉系統(tǒng)，系統(tǒng)的載波對(duì)系統(tǒng)的信噪比有極大關(guān)系，因此提高系統(tǒng)載噪比是提高 系統(tǒng)探測(cè)距離的重要手段之一。
[0029] 比如采用傳統(tǒng)的激光外差多普勒振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)的工作距離為50米，在橋梁測(cè)振 時(shí)，絕大多數(shù)橋高超過(guò)50米，使其使用受到一定限制，而采用脈沖外差載波方式可以把工 作距離提高5倍以上，使其工作距離達(dá)250米，可以比較容易地對(duì)絕大多數(shù)橋梁進(jìn)行測(cè)量。
[0030] 以上述依據(jù)本實(shí)用新型的理想實(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)工作人 員完全可以在不偏離本項(xiàng)實(shí)用新型技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)實(shí) 用新型的技術(shù)性范圍并不局限于說(shuō)明書(shū)上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù) 性范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 脈沖激光外差多普勒振動(dòng)測(cè)量結(jié)構(gòu)，其特征在于，激光器輸出端連接分束器輸入端， 分束器的一個(gè)輸出端連接第一 AOM的光信號(hào)輸入端，分束器的另一輸出端連接第二AOM的 光信號(hào)輸入端，第一 AOM的電信號(hào)輸入端連接第一驅(qū)動(dòng)器的輸出端，第二AOM的電信號(hào)輸入 端連接第二驅(qū)動(dòng)器的輸出端，第二AOM的輸出端連接合束器的一個(gè)輸入端；第一驅(qū)動(dòng)器的 輸入端和第二驅(qū)動(dòng)器的輸入端均連接觸發(fā)器的輸出端；第一 AOM輸出的激光投射到測(cè)量目 標(biāo)上，測(cè)量目標(biāo)將激光反射到合束器的另一輸入端，合束器的輸出端連接探測(cè)器輸入端，探 測(cè)器輸出端連接處理器輸入端。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖激光外差多普勒振動(dòng)測(cè)量結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述激光 器為窄線寬保偏及穩(wěn)頻激光器，線寬小于lKHz，波長(zhǎng)為1550nm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖激光外差多普勒振動(dòng)測(cè)量結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一 AOM充當(dāng)脈沖聲光調(diào)制器，調(diào)制頻率為360MHz。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖激光外差多普勒振動(dòng)測(cè)量結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二 AOM充當(dāng)聲光移頻器，移頻為IOOMHz。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖激光外差多普勒振動(dòng)測(cè)量結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述分束 器分光比為3db。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖激光外差多普勒振動(dòng)測(cè)量結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述測(cè)量 目標(biāo)為玻璃或鋁板。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖激光外差多普勒振動(dòng)測(cè)量結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述探測(cè) 器的頻率帶寬> IGHz。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種脈沖激光外差多普勒振動(dòng)測(cè)量結(jié)構(gòu)，激光器輸出端連接分束器輸入端，分束器的一個(gè)輸出端連接第一AOM的光信號(hào)輸入端，分束器的另一輸出端連接第二AOM的光信號(hào)輸入端，第一AOM的電信號(hào)輸入端連接第一驅(qū)動(dòng)器的輸出端，第二AOM的電信號(hào)輸入端連接第二驅(qū)動(dòng)器的輸出端，第二AOM的輸出端連接合束器的一個(gè)輸入端；第一驅(qū)動(dòng)器的輸入端和第二驅(qū)動(dòng)器的輸入端均連接觸發(fā)器的輸出端；第一AOM輸出的激光投射到測(cè)量目標(biāo)上，測(cè)量目標(biāo)將激光反射到合束器的另一輸入端，合束器的輸出端連接探測(cè)器輸入端，探測(cè)器輸出端連接處理器輸入端。本實(shí)用新型通過(guò)激光脈沖外差調(diào)制，得到高載噪比的外差信號(hào)，可測(cè)量的距離更遠(yuǎn)。
【IPC分類】G01H9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN204730937
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520482462
【發(fā)明人】曾華林, 李博皓, 陸小英, 李耀祖, 張心宇
【申請(qǐng)人】江蘇安智光電科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年7月6日