一种零差激光测振装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术实施例涉及一种零差激光测振装置，包括用于发射测量振动所需的激光的激光光源和光学干涉单元，所述光学干涉单元包括干涉结构和光束位移分光元件，所述干涉结构将激光投射到待测物体上、接收待测物体反射的光，并构造相干光，生成待测光束；所述光束位移分光元件将待测光束分为透射光束、第一反射光束和第二反射光束，第一反射光束和第二反射光束的相位差为π/2的奇数倍。利用该装置测振能够避免零差激光测振技术的非线性误差，且该装置结构简单、成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种零差激光测振装置
本专利技术属于振动测量
，具体涉及一种零差激光测振装置。
技术介绍
激光振动测量技术是以光学多普勒效应与光学差频技术为基础的检测技术，其以光波信号作为信息载体，通过激光的干涉效应测量运动物体产生的多普勒频移，从而进行高精度振动检测。根据激光干涉的原理，激光测振主要分为零差法和外差法两种类型。其中零差法是基于迈克尔逊干涉原理，构造正交激光测振光路，结合偏振相干测量技术，利用反正切解计算调解调差频输出信号，从而提取出被测物体的振动信息(振动幅值、频率等)。零差法具有技术成熟、测振装置结构简单、测量精度高、动态范围宽等优点，但是由于差频信号位于零频附近，零差法易受到外部干扰，特别是在处理探测器产生的正交输出信号时，由于需要考虑到一系列误差的影响，如激光功率漂移、探测器增益、偏振分束器的偏振泄漏等，会导致两路信号之间出现不正交、不等幅、存在直流偏置等现象，从而给测量结果带来非线性误差。
技术实现思路
为了解决零差法激光测振技术中，激光功率漂移，探测器增益，偏振分束器的偏振泄漏等因素导致测量产生非线性误差的技术问题，本专利技术实施例提出了一种零差激光测振装置，其特征在于，包括激光光源和光学干涉单元，所述激光光源用于发射测量振动所需的激光；所述光学干涉单元包括干涉结构和光束位移分光元件，所述干涉结构用于将激光投射到待测物体上、接收待测物体反射的光，并构造相干光，生成待测光束；所述光束位移分光元件能够将待测光束分为透射光束、第一反射光束和第二反射光束，第一反射光束和第二反射光束的相位差为π/2的奇数倍。进一步，所述光束位移分光元件具有第一表面和第二表面，所述待测光束经第一表面产生第一反射光束，经第二表面产生第二反射光束，并产生透射第二表面的透射光束。进一步，所述光束位移分光元件为梯形棱镜或平行结构的透镜。进一步，所述装置还包括光电探测单元、I-V放大转换单元和信号处理单元；所述光电探测单元包括第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器，分别用于探测所述透射光束、第一反射光束和第二反射光束，并将探测的透射光束光信号、第一反射光束光信号和第二反射光束光信号分别转换为第一电流信号、第二电流信号和第三电流信号；所述I-V放大转换单元将电流信号分别转换为第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号；所述信号处理单元用于采集光电探测单元产生的电压信号，根据第一电压信号，对第二电压信号和第三电压信号进行预处理，生成等振幅正交信号I和Q，然后利用反正切算法对I、Q信号进行解调处理，还原待测物体的振动信息。进一步，所述装置还包括驱动控制单元，用于根据信号处理单元的反馈信息，控制激光光源的功率，和/或调节干涉结构中的集光元件的焦距，所述集光元件用于将激光光束投射到待测物体上，并接收待测物体反射的光。进一步，所述干涉结构为迈克尔逊干涉结构或者马赫曾德干涉结构。进一步，所述迈克尔逊干涉结构包括光隔离器、光耦合器、光发射和接收单元和反射镜；激光光源发射的激光束经光隔离器入射至光耦合器，被光耦合器分为第一光束和第二光束，透射光耦合器的第一光束经集光元件投射待测物体上，被待测物体反射后再由集光元件接收，生成信号光束，信号光束入射至光耦合器；光耦合器反射的第二光束照射至所述反射镜，再被反射镜反射，生成参考光束，参考光束被反射至光耦合器；信号光束和参考光束经耦合器合束，生成待测光束；所述马赫曾德干涉结构包括光隔离器、第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器、集光元件和反射镜；激光光源发射的激光束经光隔离器入射至第一光耦合器，被第一光耦合器分为第一光束和第二光束；透射第一光耦合器的第一光束入射至第二光耦合器，再透射第二光耦合器后经集光元件投射至待测物体上，被待测物体反射后再由集光元件接收，生成信号光束，信号光束被第二光耦合器反射至第三光耦合器；第一光耦合器反射的第二光束经反射镜反射生成参考光束，参考光束被反射至第三光耦合器；信号光束和参考光束经第三光耦合器合束，生成待测光束。本专利技术实施例的有益效果：本专利技术实施例提出的零差激光测振装置包括光束位移分光元件，待测光束通过光束位移分光元件，获得一束透射光和两束反射光，通过改变光束位移分光元件与入射待测光束之间的夹角和/或待测光束的入射位置，调节两束光反射光的光程差，使两束反射光之间的相位差为π/2的奇数倍，利用透射光的电信号对两束反射光的电信号进行预处理，获得解调所需正交信号，与传统采用偏振分束获得正交信号的方法相比，避免了零差激光测振技术的非线性误差；装置结构简单、成本低。附图说明图1是本专利技术实施例提出的零差激光测振装置示意图；图2本专利技术实施例的零差激光测振装置的第一种光学干涉单元示意图；图3本专利技术实施例的零差激光测振装置的第二种光学干涉单元示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本专利技术并不局限于附图和以下实施例。<零差激光测振装置>参照图1，本专利技术实施例提出了一种零差激光测振装置，包括激光光源1001、光学干涉单元1002、光电探测单元1003、I-V放大转换单元、信号处理单元1004和可选的驱动控制单元1005。激光光源1001用于发射测量振动所需的激光。光学干涉单元1002包括干涉结构和光束位移分光元件，本实施方式中，光束位移分光元件以梯形棱镜为例进行说明，所述干涉结构用于将激光投射到待测物体上，并接收待测物体反射的光，构造相干光路，实现光的干涉，生成待测光束；所述梯形棱镜具有第一表面和第二表面，所述待测光束经所述梯形棱镜的第一表面产生第一反射光束，经第二表面产生第二反射光束，并产生透射第二表面的透射光束，第一反射光束和第二反射光束的相位差为π/2的奇数倍。光电探测单元1003用于探测相干光信号，包括第一光电探测器2007、第二光电探测器2008和第三光电探测器2009，分别用于探测所述透射第二表面的透射光束、第一反射光束和第二反射光束，将探测到的不同光束的光信号分别转换为第一电流信号、第二电流信号和第三电流信号，所述电流信号再分别经I-V放大转换单元被转换为第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号。其中，I-V放大转换单元既可以作为光电探测单元的一部分，内置于各光电探测器内，也可以不作为光电探测单元的一部分，与光电探测单元分别设置，其设置方式是本领域技术人员根据实际情况能够灵活选择的，不必赘述。信号处理单元1004用于采集电压信号，并解调待测物体的振动信号；所述信号处理单元，包括模拟信号采集模块和数字解调模块，模拟信号采集模块用于采集所述电压信号，并将电压信号转化为数字信号，传输到数字解调模块，数字解调模块利用第一电压信号对第二电压信号和第三电压信号分别进行预处理，去除直流分量，生成等振幅正交信号I和Q，消除光强度噪声对信号的影响，再利用反正切算法进行振动的解调，获得待测物体的振幅、速度等振动信息。可选的，驱动控制单元1005用于信号处理单元1004的运算结果控制激光光源的功率，和/或控制干涉结构中的集光元件的焦距调节；所述集光元件用于将激光光束投射到待测物体上，并接收待测物体反射的光；所述集光元件例如是透镜或透镜组。所述干涉结构可以为迈克尔逊干涉结构或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种零差激光测振装置，其特征在于，包括用于发射测量振动所需的激光的激光光源和光学干涉单元，所述光学干涉单元包括干涉结构和光束位移分光元件，所述干涉结构将激光投射到待测物体上、接收待测物体反射的光，并构造相干光，生成待测光束；所述光束位移分光元件将待测光束分为透射光束、第一反射光束和第二反射光束，第一反射光束和第二反射光束的相位差为π/2的奇数倍。

【技术特征摘要】
1.一种零差激光测振装置，其特征在于，包括用于发射测量振动所需的激光的激光光源和光学干涉单元，所述光学干涉单元包括干涉结构和光束位移分光元件，所述干涉结构将激光投射到待测物体上、接收待测物体反射的光，并构造相干光，生成待测光束；所述光束位移分光元件将待测光束分为透射光束、第一反射光束和第二反射光束，第一反射光束和第二反射光束的相位差为π/2的奇数倍。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光束位移分光元件具有第一表面和第二表面，所述待测光束经第一表面产生第一反射光束，经第二表面产生第二反射光束，并产生透射第二表面的透射光束。3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述光束位移分光元件为梯形棱镜或平行结构的透镜。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括光电探测单元、I-V放大转换单元和信号处理单元；所述光电探测单元包括探测所述透射光束的第一光电探测器、探测所述第一反射光束的第二光电探测器和探测所述第二反射光束的第三光电探测器，并将探测的透射光束光信号、第一反射光束光信号和第二反射光束光信号分别转换为第一电流信号、第二电流信号和第三电流信号；所述I-V放大转换单元将电流信号分别转换为第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号；所述信号处理单元采集光电探测单元产生的电压信号，根据第一电压信号，对第二电压信号和第三电压信号进行预处理，生成等振幅正交信号I和Q，然后利用反正切算法对I、Q信号进行解调处理，还原待测物体的振动信息。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：林中晞，林琦，朱振国，钟杏丽，陈景源，薛正群，苏辉，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：新型
国别省市：福建,35