用于角振动测量的衍射光栅外差激光测振仪制造技术

提出了一种用于角振动测量的衍射光栅外差激光测振仪，包括：衍射装置、激光干涉仪、信号处理装置以及相位解调装置。其中信号处理装置，将激光干涉仪产生的第一电信号移相90度得到与第一电信号正交的第二电信号，并将第一电信号和第二电信号分别进行下降频处理得到第一中频电信号和第二中频电信号，并对第一中频电信号和第二中频电信号分别进行模数转换，得到第一数字信号和第二数字信号；相位解调装置对第一数字信号和第二数字信号进行相位解调，得到与角振动台的角振动有关的参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械振动与冲击测量领域，具体涉及一种用于角振动测量的衍射光栅外差激光测振仪。
技术介绍
角振动属于旋转振动，与直线振动一样是振动测量的重要部分。常用的角振动测量方法有激光绝对法、与可溯源至绝对法的参考传感器比较的比较法，以及圆光栅测量。然而，陀螺仪与角振动传感器测量精度低，长期稳定性不能够保证，当其作为参考传感器使用时会影响测量精度，圆光栅精度不够或者测量频率不高，因此，近年来，发展出一种精度更高、且能够解算角振动相位信息的角振动测量方法，即衍射光栅外差激光干涉法。衍射光栅外差激光干涉法通过将激光干涉仪产生的激光光束照射在衍射光栅上，返回携带有角振动信息的衍射光，将该衍射光与参考光差频，并对差频后的光信号进行光电转换，得到包含角振动信息的电信号，再对该电信号进行相位解调，即可得到与角振动相关的参数。然而，专利技术人认识到，这种衍射光栅外差激光干涉法在应用中仍然存在问题，例如对于低频角振动，所得到的电信号因携带信息量过大，往往超出计算设备的计算能力，难以进行后续的相位解调处理，并且衍射光栅外差激光干涉法提供的单路输出难以适应某些非针对单路输出的相位解调算法的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于角振动测量的衍射光栅外差激光测振仪，以解决现有技术中的上述问题。根据本专利技术的一方面，提出了一种用于角振动测量的衍射光栅外差激光测振仪，包括：衍射装置，其包括能够产生角振动的角振动台和衍射光栅，所述角振动台具有转动轴，所述衍射光栅同轴安装在所述转动轴上并能够随所述转动轴转动；激光干涉仪，其能够发射激光光束，该激光光束照射在所述衍射光栅上产生携带有角振动信息的衍射光，通过调整激光光束与衍射光栅的角度，能够使衍射光返回激光干涉仪并与参考光进行差频，差频后得到的光信号经光电转换后得到携带有角振动信息的第一电信号；信号处理装置，其将第一电信号移相90度得到与第一电信号正交的第二电信号，并将第一电信号和第二电信号分别进行下降频处理得到第一中频电信号和第二中频电信号，并对第一中频电信号和第二中频电信号分别进行模数转换，得到第一数字信号和第二数字信号；以及相位解调装置，该相位解调装置对第一数字信号和第二数字信号进行相位解调，得到与角振动台的角振动有关的参数。根据本专利技术的另一方面，提出了一种角振动传感器校准系统，包括：根据上述方面所述的用于角振动测量的衍射光栅外差激光测振仪；角振动传感器，其安放在所述衍射光栅外差激光测振仪中的角振动台上，以感测角振动台的角振动；以及校准装置，其利用所述衍射光栅外差激光测振仪得到的与角振动相关的信息以及来自所述角振动传感器的感测信号，对所述角振动传感器进行校准。本专利技术通过信号处理装置将激光干涉仪产生的电信号模拟移相90度得到两路正交电信号，使得衍射光栅外差激光干涉法能够适应于具有双路输入的相位解调算法，此外，通过信号处理装置对第一电信号和第二电信号进行下降频处理，使得所产生的第一数字信号和第二数字信号的数据率降低，降低了对后续进行相位解调的计算设备处理能力的要求，这样即便角振动频率低，电信号中携带信息量很大，仍能够通过计算设备进行处理，得到角振动的相关参数，从而实现了衍射光栅外差激光测振仪对角振动的宽频带测量。附图说明图1根据本专利技术实施例的用于角振动测量的衍射光栅外差激光测振仪的结构示意图。图2示出了激光干涉仪的一个示例的结构示意图。图3示出了信号处理装置的一个示例的结构示意图。图4示出了根据本专利技术的又一实施例的一种角振动传感器校准系统的结构示意图。具体实施方式实施例1图1示出了根据本专利技术实施例的用于角振动测量的衍射光栅外差激光测振仪的示意性结构图，包括：衍射装置1，该衍射装置1包括能够产生角振动的角振动台101和衍射光栅102，角振动台101具有转动轴，衍射光栅102同轴安装在转动轴上并能够随转动轴转动；激光干涉仪2，该激光干涉仪能够发射激光光束，该激光光速照射在衍射光栅102上产生携带有角振动信息的一级衍射光，通过调整激光光束与衍射光栅的角度，能够使该一级衍射光返回激光干涉仪并与参考光进行差频，差频后得到的光信号经光电转换后得到携带有角振动信息的第一电信号；信号处理装置3，该信号处理装置将第一电信号移相90度得到与第一电信号正交的第二电信号，并将第一电信号和第二电信号分别进行下降频处理得到第一中频电信号和第二中频电信号，并对第一中频电信号和第二中频电信号分别进行模数转换，得到第一数字信号和第二数字信号；相位解调装置4，该相位解调装置4对第一数字信号和第二数字信号进行相位解调，得到与角振动台的角振动有关的参数。本专利技术通过信号处理装置将激光干涉仪产生的电信号模拟移相90度得到两路正交电信号，使得衍射光栅外差激光干涉法能够适应于具有双路输入的相位解调算法，此外，通过信号处理装置对第一电信号和第二电信号进行下降频处理，使得所产生的第一数字信号和第二数字信号的数据量降低，降低了对后续进行相位解调的计算设备处理能力的要求，这样即便角振动频率低，电信号中携带信息量很大，仍能够通过计算设备进行处理，得到角振动的相关参数，从而实现了衍射光栅外差激光测振仪对角振动的宽频带测量。衍射装置1如图1所示，衍射光栅102同轴安装在角振动台101的转动轴上，即衍射光栅与转动轴同心。衍射光栅102可随着角振动台101的转动轴转动，且能够随着角振动台而发生角振动。衍射光栅102可以是柱面反射式正弦相位的衍射光栅，衍射光栅的外表面可刻有正弦波面，且波形连续，以保证相位连续。一般来说，正弦衍射光栅的精度越高测量的越准确。在一个示例中，该精度可以为每毫米2000-4000个正弦波面，例如为每毫米3000个正弦波面。衍射光栅的尺寸可根据需要任意设计，例如为直径50mm的圆柱。在一个示例中，正弦曲面可涂有反光物质。本领域技术人员应理解，图1中的衍射装置1的结构仅仅是一个示例，本实施例可使用已知的其他结构的衍射装置。激光干涉仪2在工作中，当角振动台101的转动轴发生转动时，衍射光栅102随着转动轴一起转动。当激光干涉仪2发出的激光光束以一级反射衍射角度照射在衍射光栅上时，在角振动台产生角振动的情况下，返回的一级衍射光会产生多普勒频移，即载有了角振动信息。载有角振动信息的一级衍射光返回至激光干涉仪，与参考光进行差频。图2示出了本实施例中激光干涉仪2的一个示例的结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于角振动测量的衍射光栅外差激光测振仪，包括：衍射装置，其包括能够产生角振动的角振动台和衍射光栅，所述角振动台具有转动轴，所述衍射光栅同轴安装在所述转动轴上并能够随所述转动轴转动；激光干涉仪，其能够发射激光光束，该激光光束照射在所述衍射光栅上产生携带有角振动信息的一级衍射光，通过调整激光光束与衍射光栅的角度，能够使一级衍射光返回激光干涉仪并与参考光进行差频，差频后得到的光信号经光电转换后得到携带有角振动信息的第一电信号；信号处理装置，其将第一电信号移相90度得到与第一电信号正交的第二电信号，并将第一电信号和第二电信号分别进行下降频处理得到第一中频电信号和第二中频电信号，并对第一中频电信号和第二中频电信号分别进行模数转换，得到第一数字信号和第二数字信号；以及相位解调装置，该相位解调装置对第一数字信号和第二数字信号进行相位解调，得到与角振动台的角振动有关的参数。

【技术特征摘要】
1.一种用于角振动测量的衍射光栅外差激光测振仪，包括：
衍射装置，其包括能够产生角振动的角振动台和衍射光栅，所述角振动台
具有转动轴，所述衍射光栅同轴安装在所述转动轴上并能够随所述转动轴转动；
激光干涉仪，其能够发射激光光束，该激光光束照射在所述衍射光栅上产
生携带有角振动信息的一级衍射光，通过调整激光光束与衍射光栅的角度，能
够使一级衍射光返回激光干涉仪并与参考光进行差频，差频后得到的光信号经
光电转换后得到携带有角振动信息的第一电信号；
信号处理装置，其将第一电信号移相90度得到与第一电信号正交的第二电
信号，并将第一电信号和第二电信号分别进行下降频处理得到第一中频电信号
和第二中频电信号，并对第一中频电信号和第二中频电信号分别进行模数转换，
得到第一数字信号和第二数字信号；以及
相位解调装置，该相位解调装置对第一数字信号和第二数字信号进行相位
解调，得到与角振动台的角振动有关的参数。
2.根据权利要求1所述的用于角振动测量的衍射光栅外差激光测振仪，其
中，所述信号处理装置包括：
移相器，其对第一电信号进行移相90度以产生正交的第二电信号；
第一混频器，其对第一电信号进行下降频处理；
第二混频器，其对第二电信号进行下降频处理；
第一低通滤波器，其对第一混频器的输出信号进行低通滤波，得到第一中
频电信号；
第二低通滤波器，其对第二混频器的输出信号进行低通滤波，得到第二中
频电信号；以及
A/D...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爱东，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11