一种自校准光学微振动检测方法技术

本发明专利技术涉及一种自校准光学微振动检测方法，所述方法包括：获取光栅干涉结构t时刻输出的第0衍射级处干涉光强信号和任一奇数衍射级处干涉光强信号；根据所述第0衍射级处干涉光强信号得到第一电压信号，根据所述任一奇数衍射级处干涉光强信号得到第二电压信号；根据饱和幅值比例系数对所述第一电压信号和第二电压信号进行加权平均，得到加权平均电压信号；根据所述加权平均电压信号计算补偿后的第一电压信号和补偿后的第二电压信号；根据所述补偿后的第一电压信号和补偿后的第二电压信号得到一组正交电压信号；对所述正交电压信号进行解调运算得到待测振动位移。本发明专利技术能够解决光干涉型检测方法的工作点偏移问题，获得准确的检测结果。的检测结果。的检测结果。

【技术实现步骤摘要】
一种自校准光学微振动检测方法


[0001]本专利技术涉及光学检测领域，特别是涉及一种自校准光学微振动检测方法。

技术介绍

[0002]光学检测方法利用光波特性可以实现高性能的传感功能，其中光干涉型检测方法将响应待测量产生的光相位变化转化为相位差调制的光强变化，既利用了光相位调制方法的高灵敏度优势，又采用较成熟的光强信号检测，尤其适合高精度传感技术的发展。针对当前智能传感器在便携设备中的广泛应用需求，光栅干涉型检测方法可以通过光栅耦合将高性能光干涉检测方法引入高度集成的干涉腔检测结构中，有利于MOEMS(微光机电系统)传感器的实用化发展。
[0003]目前限制光干涉型微位移传感技术实际应用的一个关键问题是静态工作点的偏移问题。光干涉型检测结构的静态工作点处于最佳位置时可以获得最高的灵敏度、线性度和动态范围。但由于制造误差和环境因素等交叉干扰，使其初始或检测过程中的静态工作点会偏离最佳位置，降低其检测性能，限制了高灵敏光干涉型检测方法的实用化发展。
[0004]为克服这一问题，现有的解决方法多集中在构建多波长或宽频带检测光路系统以获得正交检测信号进行相位解调来避免工作点问题，这种方法有效但在检测系统中附加了高要求的光学器件和复杂的光路设计，大大增加了检测系统的成本和功耗，不利于大批量推广应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种自校准光学微振动检测方法，能够解决光干涉型检测方法的工作点偏移问题，获得准确的检测结果。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种自校准光学微振动检测方法，所述方法包括：
[0008]获取光栅干涉结构t时刻输出的第0衍射级处干涉光强信号和任一奇数衍射级处干涉光强信号；
[0009]根据所述第0衍射级处干涉光强信号得到第一电压信号，根据所述任一奇数衍射级处干涉光强信号得到第二电压信号；
[0010]根据饱和幅值比例系数对所述第一电压信号和第二电压信号进行加权平均，得到加权平均电压信号；
[0011]根据所述加权平均电压信号计算补偿后的第一电压信号和补偿后的第二电压信号；
[0012]根据所述补偿后的第一电压信号和补偿后的第二电压信号得到一组正交电压信号；
[0013]对所述正交电压信号进行解调运算得到待测振动位移。
[0014]可选的，采用公式计算所述加权平均电压信号，其中，V
a
(t)为加权平均电压信号，V0(t)为第一电压信号，V1(t)为第二电压信号，α为饱和幅值比例系数。
[0015]可选的，采用公式计算所述补偿后的第一电压信号，其中，V
0,c
(t)为补偿后的第一电压信号，V0(t)为第一电压信号，V
a
(t)为加权平均电压信号。
[0016]可选的，采用公式计算所述补偿后的第二电压信号，其中，V
1,c
(t)为补偿后的第二电压信号，α为饱和幅值比例系数，V1(t)为第二电压信号，V
a
(t)为加权平均电压信号。
[0017]可选的，采用公式和计算所述正交电压信号，其中，V
0,q
(t)为第一正交电压信号，V
1,q
(t)为第二正交电压信号，所述第一正交电压信号和第二正交电压信号正交，V
0,c
(t)为补偿后的第一电压信号，V
1,c
(t)为补偿后的第二电压信号。
[0018]可选的，采用公式和计算待测振动位移，其中，Δd(t)为待测振动位移，λ为入射光的波长，V
d
(t)为第一正交电压信号和第二正交电压信号交叉相乘所得电压信号，V
0,q
(t)为第一正交电压信号，V
1,q
(t)为第二正交电压信号。
[0019]可选的，采用公式计算所述饱和幅值比例系数，其中，V
pp,0
为第一电压信号饱和峰峰值，V
pp,1
为第二电压信号饱和峰峰值。
[0020]可选的，对光栅干涉检测装置进行满量程预测试，其第一电压信号满量程峰峰值为所述第一电压信号饱和峰峰值，其第二电压信号满量程峰峰值为所述第二电压信号饱和峰峰值。
[0021]可选的，利用光电检测模块获取所述第0衍射级处干涉光强信号得到第一电压信号，获取所述任一奇数衍射级处干涉光强信号得到第二电压信号。
[0022]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0023]本专利技术利用光栅干涉检测结构两个衍射级输出干涉光信号的互补特性，通过加权平均的运算分离得到实时入射光强作用的幅值量，之后从各输出信号中消去幅值量，即对输出信号进行了幅值校准，消除了检测装置入射光强对输出信号以及振动位移检测结果的影响；然后，本专利技术通过对校准幅值后的两路干涉信号进行开方运算，获得一组正交信号，后续再采用常规正交相位解调运算可以直接得到振动位移量，而不受静态工作点的影响。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所
需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术自校准光学微振动检测方法流程图；
[0026]图2为本专利技术光栅干涉检测装置工作原理示意图；
[0027]图3为本专利技术光栅干涉检测装置结构示意图；
[0028]图4为本专利技术各衍射级输出干涉光光强随振动位移的变化曲线图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0031]本专利技术的目的是提供一种自校准光学微振动检测方法，能够同时解决光干涉型检测方法的入射光强波动问题和静态工作点偏移问题，获得准确的检测结果。
[0032]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自校准光学微振动检测方法，其特征在于，所述方法包括：获取光栅干涉结构t时刻输出的第0衍射级处干涉光强信号和任一奇数衍射级处干涉光强信号；根据所述第0衍射级处干涉光强信号得到第一电压信号，根据所述任一奇数衍射级处干涉光强信号得到第二电压信号；根据饱和幅值比例系数对所述第一电压信号和第二电压信号进行加权平均，得到加权平均电压信号；根据所述加权平均电压信号计算补偿后的第一电压信号和补偿后的第二电压信号；根据所述补偿后的第一电压信号和补偿后的第二电压信号得到一组正交电压信号；对所述正交电压信号进行解调运算得到待测振动位移。2.根据权利要求1所述的自校准光学微振动检测方法，其特征在于，采用公式计算所述加权平均数，其中，V
a
(t)为加权平均电压信号，V0(t)为第一电压信号，V1(t)为第二电压信号，α为饱和幅值比例系数。3.根据权利要求1所述的自校准光学微振动检测方法，其特征在于，采用公式计算所述补偿后的第一电压信号，其中，V
0,c
(t)为补偿后的第一电压信号，V0(t)为第一电压信号，V
a
(t)为加权平均电压信号。4.根据权利要求1所述的自校准光学微振动检测方法，其特征在于，采用公式计算所述补偿后的第二电压信号，其中，V
1,c
(t)为补偿后的第二电压信号，α为饱和幅值比例系数，V1(t)为第二电压信号，V
a
(t)为加权平均电压信号。5.根据权利要求1所述的自校准光学微振动检测方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张萌颖，赵全亮，何广平，苏婷婷，赵磊，梁旭，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：